(57)【要約】  本開示は、膜電極アセンブリ、並びにこれらから生成した電気化学セル及び液体フロー電池に関する。膜電極アセンブリは、第１の多孔質電極と、第１の主面及び第１の主面とは反対側を向いた第２の主面を有するイオン透過膜と、第１の多孔質電極とイオン透過膜の第１の主面との間に配置された第１の不連続輸送保護層と、第１の多孔質電極並びに第１の不連続輸送保護層及びイオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第１の接着層と、を含む。第１の接着層は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されている。第１の接着層が存在しない第１の多孔質電極及び第１の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、膜電極アセンブリが一体構造である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極アセンブリであって、
第１の多孔質電極と、
第１の主面及び前記第１の主面とは反対側を向いた第２の主面を有するイオン透過膜と、
前記第１の多孔質電極と前記イオン透過膜の前記第１の主面との間に配置された第１の不連続輸送保護層と、
前記第１の多孔質電極並びに前記第１の不連続輸送保護層及び前記イオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第１の接着層であって、前記第１の接着層が前記膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、前記第１の接着層が存在しない前記第１の多孔質電極及び第１の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、前記膜電極アセンブリが一体構造である、第１の接着層と、
を備えている、膜電極アセンブリ。
【請求項２】
前記第１の接着層が、前記第１の不連続輸送保護層及び前記第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３】
前記第１の接着層が、前記第１の不連続輸送保護層を前記第１の多孔質電極に接着する、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４】
前記第１の接着層が、前記第１の不連続輸送保護層及び前記第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つを前記イオン透過膜に接着する、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項５】
前記イオン透過膜の前記第１の主面及び前記第１の不連続輸送保護層と接触している第２の接着層を更に備え、前記第２の接着層が、前記第１の不連続輸送保護層を前記イオン透過膜に接着し、前記第２の接着層が前記膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されている、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項６】
前記第２の接着層が、前記第１の不連続輸送保護層に少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項５に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項７】
前記イオン透過膜と前記第１の不連続輸送保護層及び前記第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つとの間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第１のガスケットを更に備え、前記第１のガスケットが前記膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、前記第１のガスケットが環の形状である、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項８】
前記第１のガスケットの前記第１の主面及び前記イオン透過膜の前記第１の主面と接触している第１のガスケット接着層と、前記第１のガスケットの前記第２の主面及び前記第１の不連続輸送保護層と接触している第２の接着層と、のうちの少なくとも１つを更に備えている、請求項７に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項９】
前記第１の接着層が、感圧接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１０】
前記第１の接着層が、環形状であるか、又は前記膜電極アセンブリの外辺部の両側にある２つの個別の接着ラインである、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１１】
前記第２の接着層が、感圧接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つである、請求項５に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１２】
前記第２の接着層が、環形状であるか、又は前記膜電極アセンブリの外辺部の両側にある２つの個別の接着ラインである、請求項５に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１３】
前記第１のガスケット接着層が、感圧接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つを含んでいる、請求項８に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１４】
前記第１のガスケット接着層が環形状である、請求項８に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１５】
前記第１のガスケットが、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンナフタレート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフィン、スチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びにフッ素化ポリマーのうちの少なくとも１つを含んでいる、請求項７に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１６】
第２の多孔質電極と、
前記第２の多孔質電極と前記イオン透過膜の前記第２の主面との間に配置された第２の不連続輸送保護層と、
を更に備えている、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１７】
前記第２の多孔質電極並びに前記第２の不連続輸送保護層及び前記イオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第３の接着層を更に備え、前記第３の接着層が前記膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、前記第３の接着層が存在しない前記第２の多孔質電極及び第２の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、前記膜電極アセンブリが一体構造である、請求項１６に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１８】
前記第３の接着層が、前記第２の不連続輸送保護層及び前記第２の多孔質電極のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項１７に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項１９】
前記第３の接着層が、前記第２の不連続輸送保護層を前記第２の多孔質電極に接着する、請求項１７に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２０】
前記第３の接着層が、前記第２の不連続輸送保護層及び前記第２の多孔質電極のうちの少なくとも１つを前記イオン透過膜に接着する、請求項１７に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２１】
前記イオン透過膜の前記第２の主面及び前記第２の不連続輸送保護層と接触している第４の接着層を更に備え、前記第４の接着層が、前記第２の不連続輸送保護層を前記イオン透過膜に接着し、前記第４の接着層が前記膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されている、請求項１７に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２２】
前記第４の接着層が、前記第２の不連続輸送保護層に少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項２１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２３】
前記イオン透過膜と前記第２の不連続輸送保護層との間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第２のガスケットを更に備え、前記第２のガスケットが前記膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、前記第２のガスケットが環の形状である、請求項１６に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２４】
前記第２のガスケットの前記第１の主面及び前記イオン透過膜の前記第２の主面と接触している第２のガスケット接着層と、前記第２のガスケットの前記第２の主面及び前記第２の不連続輸送保護層と接触している第４の接着層と、のうちの少なくとも１つを更に備えている、請求項２３に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２５】
前記第３の接着層が、感圧接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つである、請求項１７に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２６】
前記第３の接着層が、環形状であるか、又は前記膜電極アセンブリの外辺部の両側にある２つの個別の接着ラインである、請求項１７に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２７】
前記第４の接着層が、感圧接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つである、請求項２１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２８】
前記第４の接着層が、環形状であるか、又は前記膜電極アセンブリの外辺部の両側にある２つの個別の接着ラインである、請求項２１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項２９】
前記第２のガスケット接着層が、感圧接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つである、請求項２４に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３０】
前記第２のガスケット接着層が環形状である、請求項２４に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３１】
前記第２のガスケットが、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンナフタレート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフィン、スチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びにフッ素化ポリマーのうちの少なくとも１つを含んでいる、請求項２３に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３２】
前記第１の不連続輸送保護層が、メッシュ構造体、織布構造体、又は不織布構造体のうちの少なくとも１つを備えている、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３３】
前記第２の不連続輸送保護層が、メッシュ構造体、織布構造体、又は不織布構造体のうちの少なくとも１つを備えている、請求項１６に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３４】
前記第１の多孔質電極が、炭素繊維ベースの紙、フェルト、及び生地のうちの少なくとも１つである、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３５】
前記第２の多孔質電極が、炭素繊維ベースの紙、フェルト、及び生地のうちの少なくとも１つである、請求項１６に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３６】
前記第１の多孔質電極が、約３０重量％〜約１００重量％の導電性炭素微粒子を含む、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３７】
前記第２の多孔質電極が、約３０重量％〜約１００重量％の導電性炭素微粒子を含む、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３８】
前記第１の接着層が、前記膜電極アセンブリの少なくとも内部に配置された複数の第１の接着領域を更に備え、前記膜電極アセンブリの面内の前記第１の複数の接着領域の面積が、前記膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である、請求項１に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項３９】
前記第３の接着層が、前記膜電極アセンブリの少なくとも内部に配置された複数の第３の接着領域を更に備え、前記膜電極アセンブリの面内の前記第３の複数の接着領域の面積が、前記膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である、請求項１７に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４０】
膜電極アセンブリであって
第１の多孔質電極と、
第１の主面及び前記第１の主面とは反対側を向いた第２の主面を有するイオン透過膜と、
前記第１の多孔質電極と前記イオン透過膜との間に配置された第１の不連続輸送保護と、
前記第１の多孔質電極並びに前記第１の不連続輸送保護層及び前記イオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第１の接着層であって、前記第１の接着層が、前記膜電極アセンブリの少なくとも内部に配置された複数の第１の接着領域であり、前記膜電極アセンブリの面内の前記第１の複数の接着領域の面積が、前記膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満であり、前記第１の接着層が存在しない前記第１の多孔質電極及び第１の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、前記膜電極アセンブリが一体構造である、第１の接着層と、
を備えている、膜電極アセンブリ。
【請求項４１】
前記第１の接着層が、前記第１の多孔質電極を前記イオン透過膜に接着する、請求項４０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４２】
前記イオン透過膜と前記第１の不連続輸送保護層及び前記第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つとの間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第１のガスケットを更に備え、前記第１のガスケットが前記膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、前記第１のガスケットが環の形状である、請求項４０に記載の膜電極アセンブリ。
【請求項４３】
請求項１に記載の膜電極アセンブリを備えている、電気化学セル。
【請求項４４】
請求項１に記載の膜電極アセンブリを少なくとも１つ備えている、液体フロー電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、電気化学セル及び電池を作製するのに有用なアセンブリに関する。特に、本発明は、膜電極アセンブリ並びにこれらから生成される電気化学セル及び液体フロー電池に関する。本開示は、電極アセンブリ及び膜電極アセンブリの製造方法を更に提供する。
【背景技術】
【０００２】
電気化学セル及びレドックスフロー電池を形成するのに有用な様々な構成要素が当該技術分野において開示されている。このような構成要素は、例えば米国特許第５，６４８，１８４号、同第８，５１８，５７２号、及び同第８，８８２，０５７号に記載されている。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態では、本開示は、第１の多孔質電極と、
第１の主面及び第１の主面とは反対側を向いた第２の主面を有するイオン透過膜と、
第１の多孔質電極とイオン透過膜の第１の主面との間に配置された第１の不連続輸送保護層と、
第１の多孔質電極並びに第１の不連続輸送保護層及びイオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第１の接着層であって、第１の接着層が膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第１の接着層が存在しない第１の多孔質電極及び第１の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、膜電極アセンブリが一体構造である、第１の接着層と、を含んでいる、膜電極アセンブリを提供する。
【０００４】
別の実施形態では、膜電極アセンブリは、イオン透過膜の第１の主面及び第１の不連続輸送保護層と接触している第２の接着層を更に含み、第２の接着層が、第１の不連続輸送保護層をイオン透過膜に接着し、第２の接着層が膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されている。
【０００５】
別の実施形態では、膜電極アセンブリは、イオン透過膜と第１の不連続輸送保護層及び第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つとの間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第１のガスケットを更に含み、第１のガスケットが膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第１のガスケットが、環の形状であり、任意で、第１のガスケットの第１の主面及びイオン透過膜の第１の主面と接触している第１のガスケット接着層と、第１のガスケットの第２の主面及び第１の不連続輸送保護層と接触している第２の接着層と、のうちの少なくとも１つを含む。
【０００６】
更に別の実施形態では、膜電極アセンブリは、第２の多孔質電極、及び第２の多孔質電極とイオン透過膜の第２の主面との間に配置された第２の不連続輸送保護層を更に含む。
【０００７】
別の実施形態では、第２の多孔質電極及び第２の不連続輸送保護層を含んでいる膜電極アセンブリは、第２の多孔質電極並びに第２の不連続輸送保護層及びイオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第３の接着層を更に含み、第３の接着層が膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第３の接着層が存在しない第２の多孔質電極及び第２の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、膜電極アセンブリが一体構造である。
【０００８】
別の実施形態では、第２の多孔質電極及び第２の不連続輸送保護層を含んでいる膜電極アセンブリは、イオン透過膜の第２の主面及び第２の不連続輸送保護層と接触している第４の接着層を更に含み、第４の接着層が、第２の不連続輸送保護層をイオン透過膜に接着し、第４の接着層が膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されている。
【０００９】
別の実施形態では、第２の多孔質電極及び第２の不連続輸送保護層を含んでいる膜電極アセンブリは、イオン透過膜と第２の不連続輸送保護層との間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第２のガスケットを更に含み、第２のガスケットが膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第２のガスケットが環の形状であり、任意で、第２のガスケットの第１の主面及びイオン透過膜の第２の主面と接触している第２のガスケット接着層、並びに第２のガスケットの第２の主面及び第２の不連続輸送保護層と接触している第４の接着層のうちの少なくとも１つを含む。
【００１０】
更に別の実施形態では、本開示は、
第１の多孔質電極と、第１の主面及び第１の主面とは反対側を向いた第２の主面を有するイオン透過膜と、
第１の多孔質電極とイオン透過膜の間に配置された第１の不連続輸送保護と、
第１の多孔質電極並びに第１の不連続輸送保護層及びイオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第１の接着層であって、第１の接着層が、膜電極アセンブリの少なくとも内部に配置された複数の第１の接着領域であり、膜電極アセンブリの面内の第１の複数の接着領域の面積が、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満であり、第１の接着層が存在しない第１の多孔質電極及び第１の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、膜電極アセンブリが一体構造である、第１の接着層とを含んでいる、膜電極アセンブリを提供する。
【００１１】
別の実施形態において、本開示は、本開示の膜電極アセンブリのいずれか１つによる膜電極アセンブリを含む、電気化学セルを提供する。
【００１２】
別の実施形態では、本開示は、本開示の膜電極アセンブリのいずれか１つによる膜電極アセンブリを少なくとも１つ含んでいる液体フロー電池を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本開示の例示的な一実施形態による、図１Ｂのライン１Ａにおける、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｂ】本開示の例示的な一実施形態による、図１Ａの例示的な膜電極アセンブリの接着層の面における概略上面図である。
【図１Ｃ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｄ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｅ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｆ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｇ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｈ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｉ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｊ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｋ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｌ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｍ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｎ】図１Ｎは、本開示の例示的な一実施形態による、図１Ｐのライン１Ｎにおける、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図１Ｐ】図１Ｐは、本開示の例示的な一実施形態による、図１Ｎの例示的な膜電極アセンブリの接着層の面の概略上面図である。
【図２Ａ】本開示の例示的な一実施形態による、図２Ｂのライン２Ａにおける、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図２Ｂ】本開示の例示的な一実施形態による、図２Ａの例示的な膜電極アセンブリの接着層の面における概略上面図である。
【図２Ｃ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図２Ｄ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図２Ｅ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。
【図３Ａ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な不連続輸送保護層の概略上面図である。
【図３Ｂ】本開示の例示的な一実施形態による、図３Ａのライン３Ｂにおける、図３Ａの例示的な不連続輸送保護層の概略側断面図である。
【図３Ｃ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な不連続輸送保護層の概略上面図である。
【図３Ｄ】本開示の例示的な一実施形態による、図３Ｃのライン３Ｄにおける、図３Ｃの例示的な不連続輸送保護層の概略側断面図である。
【図３Ｅ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な不連続輸送保護層の概略上面図である。
【図３Ｆ】本開示の例示的な一実施形態による、図３Ｅのライン３Ｆにおける、図３Ｅの例示的な不連続輸送保護層の概略側断面図である。
【図３Ｇ】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な不連続輸送保護層の概略上面図である。
【図３Ｈ】本開示の例示的な一実施形態による、図３Ｅの例示的な不連続輸送保護層の概略側断面図である。
【図４】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電気化学セルの概略側断面図である。
【図５】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電気化学セル積層体の概略側断面図である。
【図６】本開示の例示的な一実施形態による、例示的な単セルの液体フロー電池の概略図である。
【００１４】
明細書及び図面中の参照文字が繰り返して使用されている場合、本開示の同じ又は類似の特徴又は要素を表すことを意図している。図面は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。本明細書で使用するとき、記号「〜」は、数値範囲に適用されるとき、別途明記しない限り、範囲の端点を含む。端点による数の範囲の記述は、その範囲内の全ての数を含み（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４及び５を含む。）、かつその範囲内の任意の範囲を含む。別途断りがない限り、本明細書及び特許請求の範囲で用いる加工寸法（feature size）、量、及び物理的特性を表す全ての数は、全ての場合において、用語「約」によって修飾されていると理解するものとする。したがって、特にそれに反対する指示のない限り、上記明細書及び添付の特許請求の範囲に記載されている数値パラメータは、本明細書で開示される教示を利用して当業者が得ようとする所望の特性に応じて変動し得る近似値である。
【００１５】
多くの他の変更形態及び実施形態を当業者であれば考案することができ、それらは本開示の原理の趣旨及び範囲に入ることは理解されるべきである。本明細書で用いる全ての科学用語及び技術用語は、別途明記しない限り、当該技術分野で通常用いられる意味を有する。本明細書で与えられる定義は、本明細書で頻繁に用いる特定の用語の理解を助けるためのものであり、本開示の範囲の限定を意図するものではない。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用するとき、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈上特に明示的に指示しない限り、複数の指示対象を有する実施形態を包含する。本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用するとき、用語「又は」は、文脈上特に明示的に指示しない限り、一般的に「及び／又は」を含む意味で使用される。
【００１６】
本開示の全体を通じて、基材又は基材の表面が第２の基材又は第２の基材の表面に「隣接している（adjacent）」場合、この２つの基材の最も近い２つの表面は互いに面していると見なされる。２つの表面は互いに接触していてもよく、又は介在する第３の層若しくは基材が２つの表面の間に配置され、互いに接触していなくてもよい。
【００１７】
本開示の全体を通じて、用語「非導電性」は、別途明記しない限り、電気的に非導電性の材料又は基材を指す。いくつかの実施形態において、電気抵抗率が約１０００Ω・ｍより大きい場合、その材料又は基板は非導電性である。
【００１８】
本開示の全体を通じて、水性溶液は、溶媒が少なくとも５０重量％の水を含む溶液と定義される。非水性溶液は、溶媒が５０重量％未満の水を含む溶液と定義される。
【００１９】
本開示を通じて、別途指示しない限り、「繊維」という用語は単数形及び複数形の両方を含むものを意味する。
【００２０】
本開示の全体を通じて、基材の第１の表面と第２の表面との間の流体連通とは、例えばガス及び／又は液体などの流体が、基材の厚さを貫通して、基材の第１の表面から基材の第２の表面に流れることができることを意味する。これは、基材の第１の表面から基材の厚さを貫通して基材の第２の表面に延びる連続空隙領域が存在することを本質的に示唆する。
【００２１】
軟化温度は、ガラス転移温度及び／又はポリマーの融解温度である。
【００２２】
体積多孔率：不連続輸送保護層の総体積すなわちバルク体積によって除算された、不連続輸送保護層の開放領域の体積である。
【００２３】
開放面積多孔率：織布、不織布、又はメッシュ構造の主面に関して、主面における開放領域の総面積の、主面の全表面積すなわち投影表面に対する率である。
【００２４】
いくつかの実施形態において、一体構造は、空間内の任意の向きに保持することができ、重力の力によって少なくとも２つの構成要素には分離しない構造を含む。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
一般的に、液体フロー電池（例えばレドックスフロー電池）の作製に使用され得る単一の電気化学セルは、アノード及びカソードの２つの多孔質電極と、これら２つの電極間に配置されて電極間に電気絶縁をもたらし、アノード半電池及びカソード半電池間を通過する１つ以上の選択イオン種の経路を準備するイオン透過膜と、アノードフロー板及びカソードフロー板であって、前者はアノードに隣接して位置され、後者はカソードに隣接して位置され、各々が、陽極液及び陰極液の電解質溶液をアノード及びカソードそれぞれに接触及び浸透させることができる１つ以上のチャネルを含んでいる、アノードフロー板及びカソードフロー板と、を含む。イオン透過膜は、アノード及びカソードのうちの少なくとも１つと併せて、本明細書では膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）と呼ぶ。単一の電気化学セルを含むレドックスフロー電池では、例えば、セルは２つの集電体も含む。２つの集電体の１つは、アノードフロー板の外部表面に隣接し、かつ接触しており、１つはカソードフロー板の外部表面に隣接し、かつ接触している。集電体は、セルの放電中に発生した電子が外部回路に接続し、有用な仕事を行うことを可能にする。機能しているレドックスフロー電池又は電気化学セルは、陽極液、陽極液リザーバ、及びアノード半電池への陽極液の流れを促進するための対応する流体分配システム（配管及び少なくとも１つ以上のポンプ）、並びに陰極液、陰極液リザーバ、及びカソード半電池への陰極液の流れを促進するための対応する流体分配システムも含む。通常はポンプが用いられるが、重力供給システムを使用してもよい。放電中、陽極液中の活性種、例えば、カチオンが酸化し、対応する電子が外部回路及び負荷を流れ、カソードに至る。カソードでは陰極液中の活性種を還元する。電気化学的酸化及び還元のための活性種は陽極液及び陰極液中に含有されるため、レドックスフローセル及び電池は、そのエネルギーを電気化学セルの本体外部に、すなわち、陽極液中に蓄積することができるという固有の特徴を有する。蓄積容量は、主に陽極液及び陰極液の量、並びにこれら溶液中の活性種の濃度によって制限される。したがって、レドックスフロー電池は、例えば、リザーバタンクのサイズ及び活性種の濃度を適宜拡大縮小することによって、ウィンドファーム及び太陽エネルギープラントに関連付けられた大規模エネルギー蓄積需要のために使用され得る。レドックスフローセルは、その蓄積容量がその電力に依存しないという利点も有する。レドックスフロー電池又はセルの電力は、一般に、電池内の膜電極アセンブリ並びにその対応するフロー板（全体で「積層体」と呼ばれる場合がある）のサイズ及び数によって決定される。更に、レドックスフロー電池は電力供給網用途に向けて設計されるため、電圧は高くなければならない。しかしながら、単一のレドックスフロー電気化学セルの電圧は、一般的には、３ボルト未満である（セルを作り上げる半電池反応の電位における差）。したがって、実用性を有するのに十分に大きい電圧を発生させるためには、数百個のセルが直列に接続される必要があり、セル又は電池のコストのうち相当な量が、個々のセルを作る構成要素のコストに関連する。
【００２６】
レドックスフロー電気化学セル及び電池のコアには、膜電極アセンブリ（例えばアノード、カソード及びそれらの間に配置されたイオン透過膜）がある。ＭＥＡの設計は、レドックスフローセル及び電池の電力出力において重要である。次いで、これら構成要素のために選択される材料が性能にとって重要である。電極に使用する材料は、炭素をベースにしてもよい。炭素は、酸化／還元反応を発生させるための望ましい触媒活性をもたらし、電気的に伝導性であり、フロー板への電子移動を提供する。電極材料は、酸化／還元反応を発生させるためのより広い表面積を付与するために多孔質であってもよい。多孔質電極には、炭素繊維ベースの紙、フェルト及び生地を含んでもよい。多孔質電極を使用する場合、電解質が電極の本体に浸透し、更なる表面積に到達して反応するため、電極の単位体積あたりのエネルギー生成率が増加する場合がある。また、陽極液及び陰極液の一方又は両方が水系、すなわち水溶液であってよいことから、多孔質電極の本体への電解質の浸透を促進するために、電極が親水性表面を有する必要があり得る。表面処理剤を使用して、レドックスフロー電極の親水性を増強してもよい。これは、電極及び対応する触媒層／領域に水分が入ることを防止するために、かつ例えば、水素／酸素系燃料電池の電極領域からの水分除去を促進するために、通常、疎水性であるように設計されている燃料電池の電極とは対照的である。
【００２７】
イオン透過膜に使用する材料は、１種以上の選択イオンが膜を通過することを可能にする一方で、良好な電気絶縁体であることが必要とされる。これらの材料は、多くの場合、ポリマーから作製され、イオン透過膜を通過するイオンの移動を促進するためのイオン種を含んでもよい。したがって、イオン透過膜を構成する材料は高価な特殊ポリマーとなる場合がある。１つのセル積層体及び電池につき数百のＭＥＡを必要とする場合があるため、イオン透過膜は、ＭＥＡの総体的なコスト並びにセル及び電池の総体的なコストに対して、大きなコスト要因となり得る。ＭＥＡのコストを最小にすることが望ましいので、そのコストを最小に抑えるための１つの手法は、ＭＥＡに使用されるイオン透過膜の体積を低減することである。しかしながら、セルの電力出力要件が、その長さ及び幅寸法（一般に、長さ及び幅が大きいほど好ましい）に対する所与のＭＥＡのサイズ要件、したがって膜のサイズを規定するので、ＭＥＡのコストを低減するためにはイオン透過膜の厚さを低減することしかできない場合がある。しかしながら、イオン透過膜の厚さを低減することによって問題が明らかとなった。膜の厚さが減少すると、多孔質電極を作製するために使用される比較的硬い材料、例えば炭素繊維がより薄い膜を通して貫入し、対向する半電池の対応する電極に接触し得ることが分かった。このことは、セルの有害な局所的短絡、セルによって生成された電力の損失、及び電池全体の電力の損失を引き起こす。このため、膜電極アセンブリから作製された電気化学セル及び電池の必要な酸化／還元反応を阻害することなく膜を通過する、必要なイオン輸送を維持する一方で、この局所的短絡を防止することができる、改善された膜電極アセンブリが要望されている。
【００２８】
本開示は、少なくとも１つの多孔質電極（例えば、第１の多孔質電極）と、イオン透過膜と、第１の多孔質電極とイオン透過膜の第１の主面との間に配置された少なくとも１つの不連続輸送保護層と、第１の多孔質電極並びに第１の不連続輸送保護層及びイオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している少なくとも１つの接着層とを含んでいる、膜電極アセンブリを提供する。少なくとも１つの接着層は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されていてもよい。膜電極アセンブリは、少なくとも１つの接着層を含むため、一体構造であってもよい。不連続輸送保護層及び多孔質電極は、少なくとも１つの接着層が存在せず（すなわち、１つ以上の接着層の追加がなく）、一体構造ではない。本開示の膜電極アセンブリは、電気化学セル及び／又は液体フロー電池において使用されてもよい。不連続輸送保護層は、イオン透過膜を電極の繊維による刺し傷から保護し、それによって他のＭＥＡ、電気化学セル、及び液体フロー電池の設計において問題であると判明している、局所的短絡を防止する。本開示の不連続輸送保護層はまた、膜電極アセンブリ内の流体フロー、続いて電気化学セル及び／又は電池内の流体フローを改善することができる。「輸送保護層」という文言中の用語「輸送」は、保護層内の流体輸送及び／又は保護層を貫通する流体輸送を指す。「不連続」という用語は、輸送保護層の多孔質の性質を指し、この性質によって、少なくとも輸送保護層の厚さ（すなわち、不連続輸送保護層の第１の主面と、第１の主面とは反対側を向いた第２の主面との間）を通る流体連通が可能になる。これは、膜電極アセンブリ内に追加の層を含み、次いで電気化学セル及び／又は電池内に追加の層を含むことによって、セル抵抗が発生するものと予想し得ることとは反対に、セル抵抗を改善すなわち低減するか、又は少なくともセル抵抗を大きく変えない。少なくとも１つの不連続輸送保護層を有する膜電極アセンブリは、例えばレドックスフロー、電気化学セル及び電池などの液体フローの作製において有用である。液体フロー電気化学セル及び電池は、液体フロータイプである単一の半電池又は液体フロータイプである両半電池を有するセル及び電池を含んでもよい。本開示は、少なくとも１つの不連続輸送保護層を含む膜電極アセンブリを含む、液体フロー電気化学セル及び電池もまた含む。
【００２９】
本開示は、
（ｉ）第１の多孔質電極と、（ｉｉ）第１の主面及び第１の主面とは反対側を向いた第２の主面を有するイオン透過膜と、（ｉｉｉ）第１の多孔質電極とイオン透過膜の第１の主面との間に配置された第１の不連続輸送保護層と、（ｉｖ）第１の多孔質電極並びに第１の不連続輸送保護層及びイオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第１の接着層とを備えている膜電極アセンブリを提供し、第１の接着層が膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第１の接着層が存在しない第１の多孔質電極及び第１の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、膜電極アセンブリが一体構造である。通常、本開示の多孔質電極及び不連続輸送保護層はそれぞれ、第１の主面及び第１の主面とは反対側を向いた第２の主面を有する。いくつかの実施形態において、第１の接着層は、イオン透過膜の第１の表面及び第１の不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つ又は両方と接触してもよい。いくつかの実施形態において、第１の接着層は、イオン透過膜の第１の表面及び多孔質電極のうちの少なくとも１つ又は両方と接触してもよい。第１の接着層は、第１の不連続輸送保護層及び第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つに、少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。いくつかの実施形態において、第１の接着層は、第１の不連続輸送保護層を第１の多孔質電極に接着する。いくつかの実施形態において、第１の接着層は、第１の不連続輸送保護層及び第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つをイオン透過膜に接着する。第１の接着層は、連続する接着層又は不連続な接着層であってもよい。膜電極アセンブリは、イオン透過膜の第１の主面及び第１の不連続輸送保護層と接触している第２の接着層を更に含んでもよく、第２の接着層が、第１の不連続輸送保護層をイオン透過膜に接着する。第２の接着層は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されている。第１の接着層及び／又は第２の接着層はそれぞれ、連続する接着層又は不連続な接着層のうちの１つであってもよい。連続する接着層は、単一の隣接する接着領域を含む。不連続な接着層は、少なくとも２つの分離された接着領域を含む。
【００３０】
本開示の膜電極アセンブリは、第２の多孔質電極、第２の多孔質電極とイオン透過膜の第２の主面との間に配置された第２の不連続輸送保護層、及び任意で、第３の接着層を更に含んでもよい。第３の接着層は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されてもよく、例えば、第３の接着層の少なくとも一部が、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されている。第３の接着層は、イオン透過膜と、第２の多孔質電極及び第２の不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つとの間に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、第３の接着層は、イオン透過膜の第２の表面及び第２の不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つ又は両方と接触してもよい。いくつかの実施形態において、第３の接着層は、イオン透過膜の第２の表面及び第２の多孔質電極のうちの少なくとも１つ又は両方と接触してもよい。膜電極アセンブリは、イオン透過膜の第２の主面及び第２の不連続輸送保護層と接触している第４の接着層を更に含んでもよく、第４の接着層が、第２の不連続輸送保護層をイオン透過膜に接着する。第４の接着層は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されている。
【００３１】
いくつかの実施形態において、第１、第２、第３、及び／又は第４の接着層は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されるが、膜電極アセンブリの周縁部までは延びない。第１、第２、第３、及び／又は第４の接着層は、環の形状、すなわち環形状の第１の接着層、環形状の第２の接着層、環形状の第３の接着層、及び／又は環形状の第４の接着層であってもよい。用語「環」及び／又は「環状」は、一般に、２つの同心円によって境界付けされたリング状の物体を説明するために使用される。しかし、本開示において、用語「環」及び／又は「環状」はリング状の物体を指す。環の形状は特に限定されず、円、正方形、長方形、三角形、楕円形、及びダイヤモンド形を含み得るが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、第１、第２、第３、及び／又は第４の接着層は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されてもよいが、膜電極アセンブリの中心部までは延びない。いくつかの実施形態において、第１、第２、第３、及び／又は第４の接着層は、膜電極アセンブリの外辺部に沿った、又は外辺部の近くの環形状の領域に配置され、環形状の領域の内部は、第１、第２、第３、及び／又は第４の接着層をそれぞれ含まない。いくつかの実施形態において、第１の接着層の少なくとも一部及び／又は第３の接着層の少なくとも一部は、第１の不連続輸送保護層及び／又は第２の不連続輸送保護層にそれぞれ埋め込まれてもよい。いくつかの実施形態において、第１の接着層の実質的に全体及び／又は第３の接着層の実質的に全体は、第１の不連続輸送保護層及び／又は第２の不連続輸送保護層にそれぞれ埋め込まれてもよい。「実質的に全体」とは、第１の接着層の体積の、少なくとも８０パーセント、少なくとも９０パーセント、少なくとも９５パーセント、少なくとも９９パーセント、又は更には少なくとも１００パーセントが、示された一つ又は複数の層に埋め込まれていることを意味する。いくつかの実施形態において、第１の接着層の少なくとも一部及び／又は第３の接着層の少なくとも一部は、第１の不連続輸送保護層及び第１の多孔質電極、並びに／又は第２の不連続輸送保護層及び第２の多孔質電極にそれぞれ埋め込まれてもよい。いくつかの実施形態において、第１の接着層の実質的に全体及び／又は第３の接着層の実質的に全体は、第１の不連続輸送保護層及び第１の多孔質電極にそれぞれ埋め込まれてもよく、かつ／又は第２の不連続輸送保護層及び第２の多孔質電極にそれぞれ埋め込まれてもよい。第１、第２、第３、及び／又は第４の接着層は、例えば図１Ｂに示されている第１の接着層１００１のように、連続する接着層であってもよい。いくつかの実施形態において、第１、第２、第３、及び／又は第４の接着層は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って位置する第１の接着領域及び第２の接着領域の少なくとも２つの接着領域を含む、不連続な接着層であってもよく、第１の接着領域は、第２の接着領域の反対側にあり、すなわち第１の接着領域は、第２の接着領域が位置する外辺部の部分の反対側にある外辺部の一部に沿って位置する。膜電極アセンブリは一体構造であってもよい。
【００３２】
図１Ａ〜図１Ｐは、本開示の膜電極アセンブリの様々な非限定的な実施形態を開示する。本開示の一実施形態によれば、図１Ａは、図１Ｂのライン１Ａにおける概略側断面図であり、図１Ｂは、図１Ａの例示的な膜電極アセンブリの接着層１００１の面における概略上面図である。膜電極アセンブリ１００ａは、第１の多孔質電極４０と、第１の主面２０ａ及び第１の主面とは反対側を向いた第２の主面２０ｂを有するイオン透過膜２０と、第１の多孔質電極４０とイオン透過膜２０の第１の主面２０ａとの間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第１の不連続輸送保護層１０と、第１の多孔質電極４０並びに第１の不連続輸送保護層１０及びイオン透過膜２０のうちの少なくとも１つと接触している少なくとも１つの接着層１００１と、を含む。この実施形態例では、少なくとも１つの接着層１００１が、第１の多孔質電極４０及び第１の不連続輸送保護層１０と接触している。第１の接着層１００１が存在しない第１の多孔質電極４０及び第１の不連続輸送保護層１０は、一体構造ではない。第１の接着層１００１は、膜電極アセンブリの外辺部Ｐに沿って配置されている。この実施形態例では、接着層が環の形状であるため、間隙Ｇが接着層の中央の領域に存在する。この実施形態では、第１の接着層は、不連続輸送保護層又は多孔質電極のどちらにも埋め込まれず、例えば、少なくとも部分的にも埋め込まれない。
【００３３】
いくつかの実施形態において、第１の接着層は、不連続輸送保護層に少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。図１Ｃは、膜電極アセンブリ１００ｂを示している。膜電極アセンブリ１００ｂは、第１の接着層１００１が不連続輸送保護層１０に少なくとも部分的に埋め込まれている（例えば、第１の接着層１００１の一部が不連続輸送保護層１０に少なくとも部分的に埋め込まれている）ことを除き、前述した膜電極アセンブリ１００ａに類似している。
【００３４】
いくつかの実施形態において、第１の接着層は、第１の多孔質電極に少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。図１Ｄは、膜電極アセンブリ１００ｃを示している。膜電極アセンブリ１００ｃは、第１の接着層１００１が第１の多孔質電極４０に少なくとも部分的に埋め込まれている（例えば、第１の接着層１００１の一部が第１の多孔質電極４０に少なくとも部分的に埋め込まれている）ことを除き、前述した膜電極アセンブリ１００ａに類似している。いくつかの実施形態において、第１の接着層は、第１の不連続輸送保護層に少なくとも部分的に埋め込まれてもよく、第１の多孔質電極に少なくとも部分的に埋め込まれてもよく、例えば、第１の接着層の一部は第１の不連続輸送保護層に少なくとも部分的に埋め込まれ、第１の接着層の一部は第１の多孔質電極に少なくとも部分的に埋め込まれている。
【００３５】
図１Ａ〜１Ｄに示されている実施形態などの実施形態例に関しては、不連続輸送保護層及びイオン透過膜は、一体構造になって、一体構造を有する膜電極アセンブリの形成を容易にすることができ、又は下で説明されるように、第２の接着層を使用して、イオン透過膜を第１の不連続輸送保護層に接着し、一体構造を有する膜電極アセンブリの形成を容易にすることができる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、第１の接着層の実質的に全体が、不連続輸送保護層及び／又は第１の多孔質電極に埋め込まれてもよい。「実質的に全体」とは、第１の接着層の体積の、少なくとも８０パーセント、少なくとも９０パーセント、少なくとも９５パーセント、少なくとも９９パーセント、又は更には少なくとも１００パーセントが、示された一つ又は複数の層に埋め込まれていることを意味する。更に、いくつかの実施形態において、第１の接着層は、第１の不連続輸送保護層及び第１の多孔質電極をイオン透過膜に接着する。図１Ｅは、膜電極アセンブリ１００ｄを示している。膜電極アセンブリ１００ｄは、第１の接着層１００１の実質的に全体が第１の不連続輸送保護層１０及び第１の多孔質電極４０に埋め込まれていることを除き、前述した膜電極アセンブリ１００ａに類似している。この実施形態例では、第１の接着層１００１は、第１の不連続輸送保護層１０の全体厚にわたって埋め込まれ、イオン透過膜２０の第１の主面２０ａと接触し、第１の接着層１００１は、多孔質電極４０に部分的に埋め込まれている。このように、第１の接着層は、第１の不連続輸送保護層を、イオン透過膜及び第１の多孔質電極の両方に接着して、一体構造である膜電極アセンブリを形成することができる。図１Ｅに関しては、第１の接着層が第１の多孔質電極の表面に接着されても、一体構造を形成することができるため、例えば一体構造を形成するために、第１の接着層を第１の多孔質電極に部分的に埋め込む必要はない。
【００３７】
いくつかの実施形態において、第１の接着層は、第１の多孔質電極をイオン透過膜に接着する。図１Ｆは、膜電極アセンブリ１００ｅを示している。膜電極アセンブリ１００ｅは、第１の接着層１００１の中央部分内に収まるように第１の不連続輸送保護層１０のサイズが設定されている、すなわち、図１Ａの間隙Ｇ内に収まるようにサイズが設定されていることを除き、前述した膜電極アセンブリ１００ａに類似している。この実施形態例では、第１の接着層１００１が第１の多孔質電極４０をイオン透過膜２０の第１の主面２０ａに接着し、それによって、一体構造である膜電極アセンブリ１００ｅを形成する。第１の不連続輸送保護層１０は、間隙Ｇ内に収容されて、膜電極アセンブリ１００ｅの一体構造の一部になる。
【００３８】
本開示の膜電極アセンブリは、イオン透過膜の第１の主面及び第１の不連続輸送保護層と接触している第２の接着層を更に含んでもよく、第２の接着層が、第１の不連続輸送保護層をイオン透過膜に接着し、第２の接着層が膜電極アセンブリの外辺部Ｐに沿って配置されている。いくつかの実施形態において、第２の接着層は、第１の不連続輸送保護層に、少なくとも部分的に埋め込まれている。図１Ｇは、膜電極アセンブリ１００ｆを示している。膜電極アセンブリ１００ｆは、第２の接着層１００２を更に含んでいることを除き、前述した膜電極アセンブリ１００ａに類似している。第２の接着層１００２は、イオン透過膜２０の第１の主面２０ａ及び第１の不連続輸送保護層１０と接触している。第２の接着層１００２は、第１の不連続輸送保護層１０をイオン透過膜２０に接着する。第２の接着層１００２は、膜電極アセンブリ１００ｆの外辺部Ｐに沿って配置されている。いくつかの実施形態において、第２の接着層は、環の形状である。いくつかの実施形態において、第２の接着層は、不連続輸送保護層に少なくとも部分的に埋め込まれてもよく、例えば第１の接着層の一部が、不連続輸送保護層に少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。この実施形態例では、間隙Ｇが接着層１００１及び１００２内に存在する。
【００３９】
図１Ｈは、膜電極アセンブリ１００ｇを示している。膜電極アセンブリ１００ｇは、第２の接着層１００２が不連続輸送保護層１０に少なくとも部分的に埋め込まれている（例えば、第２の接着層１００２の一部が不連続輸送保護層１０に少なくとも部分的に埋め込まれている）ことを除き、前述した膜電極アセンブリ１００ｆに類似している。この実施形態例では、間隙Ｇが接着層１００１及び１００２内に存在する。図１Ｄ及び１Ｅと同様に、いくつかの実施形態において、第１の接着層１００１は、不連続輸送保護層１０に少なくとも部分的に埋め込まれてもよく、かつ／又は第１の多孔質電極４０に少なくとも部分的に埋め込まれてもよく、例えば、第１の接着層１００１の一部が不連続輸送保護層１０に少なくとも部分的に埋め込まれてもよく、かつ／又は第１の接着層１０の一部が第１の多孔質電極４０に少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。第２の接着層の使用は、一体構造を有する膜電極アセンブリの形成を容易にすることができるが、必須ではない。前に示されたように、単一の接着層が使用されて、一体構造である膜電極アセンブリを形成してもよい。第２の接着層は、連続する接着層又は不連続な接着層であってもよい。
【００４０】
本開示の膜電極アセンブリは、イオン透過膜と第１の不連続輸送保護層及び第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つとの間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第１のガスケットを更に含んでもよく、第１のガスケットが膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第１のガスケットが環の形状である。図１Ｉは、膜電極アセンブリ１００ｈを示している。膜電極アセンブリ１００ｈは、膜電極アセンブリ１００ｈが、第１の主面１０４１ａ及び第２の主面１０４１ｂを有する、イオン透過膜２０と第１の不連続輸送保護層１０及び第１の多孔質電極４０のうちの少なくとも１つとの間に配置された第１のガスケット１０４１を更に含んでいることを除き、前述した膜電極アセンブリ１００ａに類似している。第１のガスケット１０４１は膜電極アセンブリ１００ｈの外辺部Ｐに沿って配置され、第１のガスケット１０４１は環の形状である。この実施形態例では、第１のガスケット１０４１は、第１の不連続輸送保護層１０及び第１の多孔質電極４０の両方との間に配置され、第１の不連続輸送保護層１０に隣接している。第１の接着層１００１は、第１の不連続輸送保護層１０を第１の多孔質電極４０に接着する。第１の不連続輸送保護層１０、第１の接着層１００１、及び第１の多孔質電極４０の構成は、前述した構成、例えば、図１Ａ〜１Ｆにおいて説明された構成のいずれであってもよい。例えば、図１Ｆに類似する別の実施形態では、第１の接着層１００１の中央部分内に収まるように、第１の不連続輸送保護層１０のサイズが設定されてもよく、すなわち、間隙Ｇ内に収まるようにサイズが設定されてもよく、その場合、第１のガスケット１０４１は、イオン透過膜２０と第１の多孔質電極４０の間に配置される。その結果、第１の接着層１００１は、第１の多孔質電極４０を第１のガスケット１０４１に接着する。一体構造である膜電極アセンブリの形成を容易にするために、他の接着層が使用されてもよく、例えば、１つ以上の接着層が使用されて、イオン透過膜をガスケット（例えば、第１のガスケット）に接着してもよく、かつ／又はガスケット（例えば、第１のガスケット）を不連続輸送保護層（例えば、第１の不連続輸送保護層）に接着してもよい。しかし、一部の実施形態では、これは、イオン透過膜及びガスケット（例えば、第１のガスケット）が一体構造であってもよく、ガスケット（例えば、第１のガスケット）及び不連続輸送保護層（例えば、第１の不連続輸送保護層）が一体構造であってもよく、又はイオン透過膜、ガスケット（例えば、第１のガスケット）、及び不連続輸送保護層（例えば、第１の不連続輸送保護層）が一体構造であってもよいため、必須ではないことがある。間隙Ｇは、ガスケット内及び第１の接着層内に存在してもよい。
【００４１】
ガスケット（例えば、第１のガスケット）を含んでいる本開示の膜電極アセンブリは、ガスケット（例えば、第１のガスケット）の第１の主面及びイオン透過膜の第１の主面と接触しているガスケット接着層（例えば、第１のガスケット接着層）と、ガスケット（例えば、第１のガスケット）の第２の主面及び不連続輸送保護層（例えば、第１の不連続輸送保護層）と接触している第２の接着層と、のうちの少なくとも１つを更に含んでもよい。いくつかの実施形態において、第１のガスケットを含んでいる膜電極アセンブリは、第１のガスケットの第１の主面及びイオン透過膜の第１の主面と接触している少なくとも１つの第１のガスケット接着層を含む。いくつかの実施形態において、第１のガスケットを含んでいる膜電極アセンブリは、第１のガスケットの第２の主面及び第１の不連続輸送保護層と接触している第２の接着層を含む。いくつかの実施形態において、第１のガスケットを含んでいる膜電極アセンブリは、第１のガスケットの第１の主面及びイオン透過膜の第１の主面と接触している少なくとも１つの第１のガスケット接着層と、第１のガスケットの第２の主面及び第１の不連続輸送保護層と接触している第２の接着層とを含む。図１Ｊは、膜電極アセンブリ１００ｉを示している。膜電極アセンブリ１００ｉは、膜電極アセンブリ１００ｉが、第１の主面１０４１ａ及び第１の主面とは反対側を向いた第２の主面１０４１ｂを有する少なくとも１つの第１のガスケット１０４１と、第１のガスケット接着層１０６１のうちの少なくとも１つとを更に含んでいることを除き、前述した膜電極アセンブリ１００ｈに類似している。第１のガスケット接着層１０６１は、第１のガスケット１０４１の第１の主面１０４１ａ及びイオン透過膜２０の第１の主面２０ａと接触している。間隙Ｇは、第１のガスケット内、第１のガスケット接着層内、及び第１の接着層内に存在してもよい。
【００４２】
別の実施形態において、図１Ｋは、膜電極アセンブリ１００ｊが、第１のガスケット１０４１の第１の主面１０４１ａ及びイオン透過膜２０の第１の主面２０ａと接触している第１のガスケット接着層１０６１と、第１のガスケット１０４１の第２の主面１０４１ｂ及び第１の不連続輸送保護層１０と接触している第２の接着層１００２とを更に含んでいることを除き、前述した膜電極アセンブリ１００ｈに類似している、膜電極アセンブリ１００ｊを示している。代替の実施形態（図示されていない）では、第１のガスケット接着層１０６１が膜電極アセンブリ１００ｊから除去されてもよく、膜アセンブリが第１のガスケット１０４１の第２の主面１０４１ｂ及び第１の不連続輸送保護層１０と接触している第２の接着層１００２を含むことを除き、膜電極アセンブリ１００ｈに類似している膜電極アセンブリを生成する。ガスケット接着層（例えば、第１のガスケット接着層）は、連続する接着層又は不連続な接着層であってもよい。間隙Ｇは、第１のガスケット内、第１のガスケット接着層内、第１の接着層内、及び第２の接着層内に存在してもよい。
【００４３】
本開示の膜電極アセンブリは、第２の多孔質電極、及び第２の多孔質電極とイオン透過膜の第２の主面との間に配置された第２の不連続輸送保護層を更に含んでもよい。第２の多孔質電極、及び第２の多孔質電極とイオン透過膜の第２の主面との間に配置された第２の不連続輸送保護層を含んでいる本開示の膜電極アセンブリは、第２の多孔質電極並びに第２の不連続輸送保護層及びイオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第３の接着層を更に含んでもよい。第３の接着層は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されていてもよい。いくつかの実施形態において、第３の接着層が存在しない第２の多孔質電極及び第２の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、膜電極アセンブリが一体構造である。いくつかの実施形態において、第３の接着層は、イオン透過膜の第２の表面及び第２の不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つ又は両方と接触してもよい。いくつかの実施形態において、第３の接着層は、イオン透過膜の第２の表面及び第２の多孔質電極のうちの少なくとも１つ又は両方と接触してもよい。第３の接着層は、第２の不連続輸送保護層及び第２の多孔質電極のうちの少なくとも１つに、少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。いくつかの実施形態において、第３の接着層は、第２の不連続輸送保護層を第２の多孔質電極に接着する。いくつかの実施形態において、第３の接着層は、第２の不連続輸送保護層及び第２の多孔質電極のうちの少なくとも１つをイオン透過膜に接着する。第３の接着層は、膜電極アセンブリの外辺部Ｐに沿って配置されていてもよい。第３の接着層は、連続する接着層又は不連続な接着層であってもよい。本開示の膜電極アセンブリは、イオン透過膜の第２の主面及び第２の不連続輸送保護層と接触している第４の接着層を更に含んでもよい。第４の接着層は、第２の不連続輸送保護層をイオン透過膜に接着してもよい。第４の接着層は、膜電極アセンブリの外辺部Ｐに沿って配置されていてもよい。いくつかの実施形態において、第４の接着層は、第２の不連続輸送保護層に、少なくとも部分的に埋め込まれている。第４の接着層は、連続する接着層又は不連続な接着層であってもよい。
【００４４】
図１Ｌは、膜電極アセンブリ１００ｋを示している。膜電極アセンブリ１００ｋは、膜電極アセンブリ１００ｋが、第２の多孔質電極４０’、及び第２の多孔質電極４０’とイオン透過膜２０の第２の主面２０ｂの間に配置された第２の不連続輸送保護層１０’を更に含んでいることを除き、前述した膜電極アセンブリ１００ｊに類似している。膜電極アセンブリは、第２の多孔質電極と接触している第３の接着層１００３を更に含んでもよい。いくつかの実施形態において、第３の接着層１００３は、第２の不連続輸送保護層１０’及びイオン透過膜２０の第２の表面２０ｂのうちの少なくとも１つ又は両方と接触してもよい。いくつかの実施形態において、第３の接着層１００３は、イオン透過膜２０の第２の表面２０ｂ及び第２の多孔質電極４０’のうちの少なくとも１つ又は両方と接触してもよい。第３の接着層１００３は、第２の不連続輸送保護層１０’及び第２の多孔質電極４０’のうちの少なくとも１つに、少なくとも部分的に埋め込まれてもよい。いくつかの実施形態において、第３の接着層１００３は、第２の不連続輸送保護層１０’を第２の多孔質電極４０’に接着する。いくつかの実施形態において、第３の接着層１００３は、第２の不連続輸送保護層１０’及び第２の多孔質電極４０’のうちの少なくとも１つをイオン透過膜２０に接着する。第３の接着層１００３は、膜電極アセンブリ１００ｋの外辺部Ｐに沿って配置されてもよい。第２の多孔質電極と、第２の多孔質電極とイオン透過膜の第２の主面との間に配置された第２の不連続輸送保護層と、第２の多孔質電極並びに第２の不連続輸送保護層及びイオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第３の接着層とを含んでいる本開示の膜電極アセンブリは、任意で、イオン透過膜２０の第２の主面２０ｂ及び第２の不連続輸送保護層１０’と接触している第４の接着層１００４を更に含んでもよい。第４の接着層１００４は、第２の不連続輸送保護層１０’をイオン透過膜２０に接着してもよい。第４の接着層１００４は、膜電極アセンブリ１００ｋの外辺部Ｐに沿って配置されている。いくつかの実施形態において、第４の接着層１００４は、第２の不連続輸送保護層１０’に、少なくとも部分的に埋め込まれている。いくつかの実施形態において、第４の接着層１００４は、第２の不連続輸送保護層１０’をイオン透過膜２０に接着してもよい。いくつかの実施形態において、第４の接着層１００４は、第２の不連続輸送保護層１０’に、少なくとも部分的に埋め込まれている。第４の接着層１００４は、連続する接着層又は不連続な接着層であってもよい。間隙Ｇは、第３及び／又は第４の接着層内に存在してもよい。
【００４５】
第２の多孔質電極、及び第２の多孔質電極とイオン透過膜の第２の主面との間に配置された第２の不連続輸送保護層を含んでいる本開示の膜電極アセンブリは、イオン透過膜と、第２の不連続輸送保護層及び第２の多孔質電極のうちの少なくとも１つとの間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第２のガスケットを更に含んでもよい。第２のガスケットは膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第２のガスケットは環の形状である。これらの膜電極アセンブリは、第２のガスケットの第１の主面及びイオン透過膜の第２の主面と接触している第２のガスケット接着層と、第２のガスケットの第２の主面及び第２の不連続輸送保護層と接触している第４の接着層と、のうちの少なくとも１つを更に含んでもよい。図１Ｍは、膜電極アセンブリ１００ｍを示している。膜電極アセンブリ１００ｍは、膜電極１００ｍが、第１の主面１０４２ａ及び第２の主面１０４２ｂを有する、イオン透過膜２０と第２の不連続輸送保護層１０’及び第２の多孔質電極４０’のうちの少なくとも１つとの間に配置された第２のガスケット１０４２を更に含んでいることを除き、前述した膜電極アセンブリ１００ｋに類似している。この実施形態例では、膜電極アセンブリ１００ｍは、第２のガスケット１０４２の第１の主面１０４２ａ及びイオン透過膜２０の第２の主面２０ｂと接触している第２のガスケット接着層１０６２を含む。第２のガスケット１０４２は膜電極アセンブリ１００ｍの外辺部Ｐに沿って配置され、第２のガスケット１０４２は環の形状である。膜電極アセンブリ１００ｍは、第２のガスケット１０４２の第２の主面１０４２ｂ及び第２の不連続輸送保護層１０’と接触している第４の接着層１００４を更に含んでもよい。間隙Ｇは、第２のガスケット内及び第２のガスケット接着層内に存在してもよい。
【００４６】
イオン透過膜、第２の多孔質電極、第２の不連続輸送保護層、第３の接着層、第４の接着層、第２のガスケット、及び／又は第２のガスケット接着層を含んでいる膜電極アセンブリの構成（例えば、層の数及び種類、接着層の数、他の層に埋め込まれる接着層など）に関しては、イオン透過膜、第１の多孔質電極、第１の不連続輸送保護層、第１の接着層、第２の接着層、第１のガスケット、及び／又は第１のガスケット接着層を含んでいる、本明細書において前述された膜電極アセンブリの構成のいずれか（例えば、図１Ａ〜１Ｋに示されている膜電極アセンブリの構成）が採用されてもよい。これらの比較において、第２の多孔質電極は第１の多孔質電極に類似しており、第２の不連続輸送保護層は第１の不連続輸送保護層に類似しており、第１の接着層は第３の接着層に類似しており、第４の接着層は第２の接着層に類似しており、第２のガスケットは第１のガスケットに類似しており、第２のガスケット接着層は第１のガスケット接着層に類似している。
【００４７】
別の実施形態では、本開示は、第１の多孔質電極と、第１の主面及び第１の主面とは反対側を向いた第２の主面を有するイオン透過膜と、第１の多孔質電極とイオン透過膜の間に配置された第１の不連続輸送保護層と、第１の多孔質電極並びに第１の不連続輸送保護層及びイオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第１の接着層とを含んでいる膜電極アセンブリを提供し、第１の接着層が、膜電極アセンブリの少なくとも内部に配置された複数の第１の接着領域であり、膜電極アセンブリの面内の第１の複数の接着領域の面積が、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である。第１の接着層が存在しない第１の多孔質電極及び第１の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、膜電極アセンブリが一体構造である。いくつかの実施形態において、第１の接着層は、第１の多孔質電極をイオン透過膜に接着する。膜電極アセンブリは、イオン透過膜の第１の主面及び第１の不連続輸送保護層と接触している第２の接着層を更に含んでもよい。第２の接着層は、第１の不連続輸送保護層をイオン透過膜に接着する。第２の接着層は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されていてもよい。第２の接着層は、膜電極アセンブリの少なくとも内部に配置された複数の第２の接着領域であってもよく、膜電極アセンブリの面内の第２の複数の接着領域の面積が、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である。いくつかの実施形態において、第２の接着層は、第１の不連続輸送保護層に、少なくとも部分的に埋め込まれている。膜電極アセンブリは、イオン透過膜と第１の不連続輸送保護層及び第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つとの間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第１のガスケットを更に備えてもよく、第１のガスケットが膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第１のガスケットが環の形状である。いくつかの実施形態において、第１のガスケットが、イオン透過膜と第１の不連続輸送保護層の間に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、第１のガスケットが、イオン透過膜と第１の多孔質電極の間に配置されてもよい。特定の一実施形態では、第１のガスケットの中央部分内に収まるように、第１の不連続輸送保護層のサイズが設定されてもよく、すなわち、第１のガスケットの間隙Ｇ内に収まるようにサイズが設定されてもよい。したがって、その場合、第１のガスケットが、イオン透過膜と第１の多孔質電極の間に配置される。更に、その結果、第１の接着剤が、第１の多孔質保護層の全体厚さにわたって埋め込まれてもよく、イオン透過膜及び多孔質電極と接触して、単一の接着層を使用した一体構造を有する膜電極アセンブリを形成するように、第１の接着層が、第１の多孔質電極をイオン透過膜の第１の表面に接着してもよい。第１のガスケットを含んでいる膜電極アセンブリは、第１のガスケットの第１の主面及びイオン透過膜の第１の主面と接触している第１のガスケット接着層と、第１のガスケットの第２の主面及び第１の不連続輸送保護層と接触している第２の接着層と、のうちの少なくとも１つを更に含んでもよい。
【００４８】
図２Ａは、本開示の例示的な一実施形態による、図２Ｂのライン２Ａにおける、例示的な膜電極アセンブリの概略側断面図である。図２Ａは、不連続輸送保護層１０と、多孔質電極４０と、第１の表面２０ａ及び第１の表面２０ａとは反対側を向いた第２の表面２０ｂを有するイオン透過膜２０と、多孔質電極４０と不連続輸送保護層１０の間に配置された第１の接着層１００１と、を含んでいる膜電極アセンブリ２００ａを示している。第１の接着層１００１は、膜電極アセンブリ２００ａの内部に配置された複数の第１の接着領域１０１１を含んでおり、膜電極アセンブリ２００ａの面内の第１の複数の接着領域の面積（図２Ｂに示されている複数の円の総面積）は、膜電極アセンブリの投影面積（図２Ｂに示されている大きい正方形の面積）の少なくとも５０パーセント未満である。この実施形態例では、第１の接着層１００１が、第１の多孔質電極４０及び不連続輸送保護層１０の両方と接触している。第１の接着層１００１が存在しない第１の多孔質電極４０及び第１の不連続輸送保護層１０は、一体構造ではない。膜電極アセンブリ２００ａは、一体構造である。第１の不連続輸送保護層及びイオン透過膜は、一体構造であってもよく、又は第２の接着層を介して互いに接着されてもよい。図２Ａでは、第１の接着層が、輸送保護層１０と接触しているが、その中に埋め込まれてはいないように図示されている。しかし、これは特に限定ではなく、第１の接着層１００１は、不連続輸送保護層１０の厚さの一部にわたって埋め込まれてもよく、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さにわたって埋め込まれてもよく（それによって、イオン透過膜２０の第１の主面２０ａと接触する）、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さ及び多孔質電極４０の一部の厚さにわたって埋め込まれてもよく、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さ及び多孔質電極４０の実質的に全体厚さにわたって埋め込まれてもよい。「実質的に全体厚さにわたって埋め込まれてもよい」という文言は、層の厚さの少なくとも８０パーセント、少なくとも９０パーセント、少なくとも９５パーセント、少なくとも９９パーセント、又は更には少なくとも１００パーセントに接着剤が埋め込まれていることを意味する。図２Ｂは、例示的な一実施形態による、図２Ａの例示的な膜電極アセンブリの接着層の面における概略上面図である。図２Ｂは、膜電極アセンブリ２００ａの内部に配置された複数の第１の接着領域１０１１を含んでいる、第１の接着層１００１を示している。
【００４９】
図２Ｃは、膜電極アセンブリ２００ｂを示している。膜電極アセンブリ２００ｂは、膜電極２００ｂの第１の接着層１００１が不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さにわたって埋め込まれていることを除き、前述した膜電極アセンブリ２００ａに類似している。この実施形態において、第１の接着層１００１は、第１の多孔質電極４０をイオン透過膜２０に接着する。
【００５０】
膜電極アセンブリ２００ａは、例えば図１Ｇ及び図１Ｈにおいて説明された接着層に類似している、第２の接着層を更に含んでもよい。いくつかの実施形態において、第２の接着層は、膜電極アセンブリの内部に配置された第２の複数の接着領域であり、膜電極アセンブリの面内の第２の複数の接着領域の面積が、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である。いくつかの実施形態において、膜電極アセンブリの面における第２の複数の接着領域の面積は、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満、少なくとも４０パーセント未満、少なくとも３０パーセント未満、少なくとも２０パーセント未満、少なくとも１０パーセント未満、又は更には少なくとも５パーセント未満である。第１及び／又は第２の接着層が、膜電極アセンブリの内部に配置された複数の接着領域を含んでいる場合、第１及び第２の接着層の接着領域の形状は特に限定されず、立方体、直方体、円筒、球体、回転楕円体、角錐形、切頭角錐形、円錐などを含んでもよいが、これらに限定されない。接着領域は、例えば矩形実線、円筒形線など、個別の線であってよい。
【００５１】
膜電極アセンブリ２００ａ及び２００ｃは、例えば、図１Ｉ及び図１ｋにおいて説明されたガスケット層に類似している、第１のガスケット層１０４１を更に含んでもよい。図２Ｄは、膜電極アセンブリ２００ｃを示している。膜電極アセンブリ２００ｃは、膜電極アセンブリ２００ｃが、第１の主面１０４１ａ及び第２の主面１０４１ｂを有する第１のガスケット１０４１を更に含み、第１のガスケット１０４１の中央部分内に収まるように、すなわち、第１のガスケット１０４１の間隙Ｇ内に収まるように、第１の不連続輸送保護層１０のサイズが設定され、第１の接着層１００１が、不連続輸送保護層１０の実質的に全体厚さにわたって埋め込まれ、多孔質電極４０の一部の厚さにわたって埋め込まれていることを除き、前述した膜電極アセンブリ２００ａに類似している。この実施形態例では、単一の接着層が、一体構造を有する膜電極アセンブリを形成するために使用される。
【００５２】
第１のガスケット層を含んでいる膜電極アセンブリ（例えば、膜電極アセンブリ２００ｃ）は、例えば図１Ｊ〜１Ｍにおいて説明された接着層に類似している、第１のガスケット接着層１０６１を更に含んでもよい。図２Ｅは、膜電極アセンブリ２００ｄを示している。膜電極アセンブリ２００ｄは、第１の不連続輸送保護層１０と、多孔質電極４０と、第１の表面２０ａ及び第１の表面２０ａとは反対側を向いた第２の表面２０ｂを有するイオン透過膜２０と、多孔質電極４０と不連続輸送保護層１０との間に配置された第１の接着層１００１と、を含んでいる。第１の接着層１００１は、膜電極アセンブリ２００ａの内部に配置された複数の第１の接着領域１０１１を含んでおり、膜電極アセンブリ２００ｄの面内の第１の複数の接着領域の面積が、膜電極アセンブリ２００ｄの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である。この実施形態例では、第１の接着層１００１が、第１の多孔質電極４０及び不連続輸送保護層１０の両方に部分的に埋め込まれている。第１の多孔質電極と不連続輸送保護層の間には間隙がないが、それでも、第１の接着剤の少なくとも一部が多孔質電極と第１の不連続輸送保護層の間の境界面に存在するため、第１の接着層が２つの層の間に配置されると考えられる。膜電極アセンブリ２００ｄは、第１の主面１０４１ａ及び第２の主面１０４１ｂを有する第１のガスケット１０４１と、第１のガスケット１０４１と第１の不連続輸送保護層１０及び第１の多孔質電極４０のうちの少なくとも１つとの間に配置された第２の接着層１００２と、イオン透過膜２０と第１のガスケット１０４１の間に配置された第１のガスケット接着層１０６１と、を更に含む。第１のガスケット接着層１０６１は、第１のガスケット１０４１の第１の主面１０４１ａ及びイオン透過膜２０の第１の主面２０ａと接触し、第２の接着層１００２は、第１のガスケット１０４１の第２の主面１０４１ｂ及び第１の不連続輸送保護層１０と接触している。第１の接着層１００１が存在しない第１の多孔質電極４０及び第１の不連続輸送保護層１０は、一体構造ではない。膜電極アセンブリ２００ｄは、一体構造である。
【００５３】
いくつかの実施形態において、第１の接着層、第２の接着層、第３の接着層、及び第４の接着層のうちの少なくとも１つは、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されてもよく、膜電極アセンブリの少なくとも内部に配置された複数の接着領域（第１、第２、第３、及び第４の接着層にそれぞれ対応する第１、第２、第３、及び第４の接着領域）を含んでもよく、膜電極アセンブリの面内の複数の接着領域の面積が、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である。図１Ｎは、例示的な膜電極アセンブリの、図１Ｐのライン１Ｎにおける概略側断面図であり、図１Ｐは、図１Ｎの例示的な膜電極アセンブリの接着層の面における概略上面図である。図１Ｎ及び図１Ｐは、第１の多孔質電極４０と、第１の主面２０ａ及び第１の主面とは反対側を向いた第２の主面２０ｂを有するイオン透過膜２０と、第１の多孔質電極４０とイオン透過膜２０の第１の主面２０ａとの間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第１の不連続輸送保護層１０と、第１の多孔質電極４０並びに第１の不連続輸送保護層１０及びイオン透過膜２０のうちの少なくとも１つと接触している少なくとも１つの接着層１００１と、を含んでいる膜電極アセンブリ１００ｎを示している。この実施形態例では、少なくとも１つの接着層１００１が、第１の多孔質電極４０及び第１の不連続輸送保護層１０と接触している。第１の接着層１００１が存在しない第１の多孔質電極４０及び第１の不連続輸送保護層１０は、一体構造ではない。第１の接着層１００１は，膜電極アセンブリの外辺部Ｐに沿って配置され、膜電極アセンブリ１００ｎの内部に配置された複数の第１の接着領域１０１１も含んでおり、膜電極アセンブリ１００ｎの面内の第１の複数の接着領域の面積（図１Ｐに示されている複数の円の総面積）は、膜電極アセンブリの投影面積（図２Ｐに示されている大きい正方形の面積）の少なくとも５０パーセント未満である。この実施形態例でも、間隙Ｇが、複数の第１の接着領域の間の接着層の中央の領域に存在する。この実施形態では、第１の接着層は、不連続輸送保護層又は多孔質電極のどちらにも埋め込まれず、例えば、少なくとも部分的にも埋め込まれない。前に開示された膜電極アセンブリのいずれかは、膜電極アセンブリの外辺部Ｐに沿って配置された接着剤を含み、膜電極アセンブリの内部に配置された複数の接着領域も含む、１つ以上の接着層を含んでもよく、膜電極アセンブリの面内の第２の複数の接着領域の面積は、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である。膜電極アセンブリの外辺部及び内部領域の一部の両方に沿って配置される接着剤の組み合わせは、膜電極アセンブリの寸法安定性を改善することができる。
【００５４】
本開示を通して、例えば接着層及びガスケット層などの膜電極アセンブリの様々な構成要素は「間隙」を含んでいる。実際の使用時に、電気化学セル又は液体フロー電池内で、間隙の１つ以上、最大で全ての間隙は、電気化学セル又は液体フロー電池を組み立てる間に膜電極アセンブリに適用される圧縮力などの力によって、厚さを減少させるか、又は完全に排除することができる。
【００５５】
本開示の膜電極アセンブリは、不連続輸送保護層を含む。「不連続」とは、輸送保護層が、不連続輸送保護層の第１の主面と第２の主面との間の流体連通を可能にする、少なくとも１つの開放領域及び／又は複数の開放領域を含むことを意味する。不連続輸送保護層は、メッシュ構造体、織布構造体、及び不織布構造体のうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【００５６】
図３Ａは、本開示の一実施形態による例示的な不連続輸送保護層の概略上面図であり、図３Ｂは、図３Ａのライン３Ｂにおける、対応する概略側断面図である。この実施形態例において、不連続輸送保護層１０及び／又は１０’は、幅Ｗｈ（例えば径）、厚さＴ、及び面積Ａｈ（π［Ｗｈ／２］２に相当）を有する、開放領域１７（例えば、複数の貫通孔、不連続輸送保護層の第１の主面１０ａ及び第１の主面１０ａとは反対側を向いた第２の主面１０ｂと実質的に垂直である円筒の軸を伴う円形の円筒、六角配列パターンの円筒）を含んでいる、メッシュ構造体１５ａである。開放領域１７の総面積（例えば、貫通孔の総面積）はｎ×Ａｈであり、ｎは開放領域の数（例えば、貫通孔の数）である。不連続輸送保護層は、長さＬ、幅Ｗ、及び厚さＴを有する。不連続輸送保護層の第１の主面１０ａの面積はＡｐである。不連続輸送保護層の投影面積はＬ×Ｗである。
【００５７】
図３Ｃは、本開示の一実施形態による例示的な不連続輸送保護層の概略上面図であり、図３Ｄは、図３Ｃのライン３Ｄにおける、対応する概略側断面図である。この実施形態例において、不連続輸送保護層１０及び／又は１０’は、幅Ｗｈ、厚さＴ、及び面積Ａｈを有する、開放領域１７（例えば、複数の貫通孔、不連続輸送保護層の第１の主面１０ａ及び第１の主面１０ａとは反対側を向いた第２の主面１０ｂと実質的に垂直である円筒の軸を伴う正方形の円筒、正方形グリッド配列パターンの円筒）を含んでいる、メッシュ構造体１５ａである。開放領域１７の総面積（例えば、貫通孔の総面積）はｎ×Ａｈであり、ｎは開放領域の数（例えば、貫通孔の数）である。不連続輸送保護層は、長さＬ、幅Ｗ、及び厚さＴを有する。不連続輸送保護層の第１の主面１０ａの面積はＡｐである。不連続輸送保護層の投影面積はＬ×Ｗである。
【００５８】
図３Ｅは、本開示の一実施形態による例示的な不連続輸送保護層の概略上面図であり、図３Ｆは、図３Ｅのライン３Ｆにおける、対応する概略側断面図である。この実施形態例において、不連続輸送保護層１０及び／又は１０’は、幅Ｗｈ、厚さ２Ｔ（縦糸と横糸の繊維が同じ厚さＴを有すると仮定し、そうでない場合、不連続輸送保護層の厚さは、縦糸と横糸の繊維の厚さの合計と見なされてもよい）、及び面積Ａｈを有する、開放領域１７（例えば、複数の貫通孔、不連続輸送保護層の第１の主面１０ａ及び第１の主面１０ａとは反対側を向いた第２の主面１０ｂと実質的に垂直である円筒の軸を伴う正方形の円筒、正方形グリッド配列パターンの円筒）を含んでいる、織布構造体１５ｂである。この特定の実施形態において、開放領域の高さは、織布構造体１５ｂを構成する経糸繊維及び横糸繊維の厚さの合計と等しく設定され得ることを理解されたい。開放領域１７の総面積（例えば、孔の総面積）はｎ×Ａｈであり、ｎは開放領域の数（例えば、孔の数）である。不連続輸送保護層は、長さＬ、幅Ｗ、及び厚さ２Ｔを有する。不連続輸送保護層の第１の主面１０ａの面積はＡｐである。不連続輸送保護層の投影面積はＬ×Ｗである。
【００５９】
図３Ｇは、本開示の一実施形態による例示的な不連続輸送保護層の概略上面図であり、図３Ｈは、対応する概略側断面図である。この実施形態例では、第１の主面１０ａ及び第１の主面とは反対側を向いた第２の主面１０ｂを有する不連続輸送保護層１０及び／又は１０’は、開放領域１７を含んでいる不織布構造体１５ｃである。不連続輸送保護層の厚さはＴであり、不織布構造体の厚さＴｐと同じであってもよい。そのランダムな構造のために、不織布の断面積Ａｐは測定するには若干曖昧であり、以降では計算された値が用いられる場合もある。不織布の断面積Ａｐの平均値を次式から算出してもよい。
Ａｐ＝Ｍｐ／（Ｄｐ×Ｔｐ）
式中、
Ｍｐは、（所与の面積内の）不織布のポリマーの質量である。
Ｄｐは、不織布を形成するために用いるポリマーの密度である。
Ｔｐは、（所与の面積内の）不織布の厚みである。
【００６０】
不織布が複数の繊維タイプを含む場合、密度Ｄｐは、不織布を構成する繊維の、不織布に存在する質量含有率によって調整された平均密度に基づいたものとなる。Ｄｐは、当技術分野における公知の技術を使用して測定することもできる。厚さＴｐが均一でない場合は、厚さの平均値を使用してよい。不連続輸送保護層は、長さＬ、幅Ｗ、及び厚さＴを有する（不連続輸送保護層の厚さＴは、不織布の厚さＴｐに等しい）。不連続輸送保護層の投影面積はＬ×Ｗである。
【００６１】
上記の式を一般化して、本開示の任意の不連続輸送保護層の断面積Ａｐの平均値を計算してもよい。ここで、Ｍｐは不連続輸送保護層のポリマーの質量、Ｄｐは不連続輸送保護層のポリマーの密度、及びＴｐは不連続輸送保護層の厚さである。Ｄｐは、当技術分野における公知の技術を使用して測定することができる。厚さＴｐが均一でない場合は、厚さの平均値を使用してよい。いくつかの実施形態において、Ａｐは計算された断面積の平均値、Ａｐ＝Ｍｐ／（Ｄｐ×Ｔｐ）であってもよく、パラメータは上記の定義による。
【００６２】
本開示の不連続輸送保護層は、ポリマー及びセラミックのうちの少なくとも１つを含んでもよい。
【００６３】
不連続輸送保護層は、ポリマーを含んでもよい。不連続輸送保護層のポリマーは、特に限定されない。しかし、使用中に露出され得る、陽極液及び／又は陰極液中のポリマーの長期間にわたる安定を確実にするために、不連続輸送保護層のポリマーは、関連する溶媒、酸化／還元活性種、塩及び／又はそれらに含まれる他の添加物を含む陽極液及び／又は陰極液に対して良好な耐化学薬品性を有するように選択され得る。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、熱可塑性物質及び熱硬化性物質のうちの少なくとも１つを含み得る。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、熱可塑性物質を含んでもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは熱硬化性物質を含んでもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、熱可塑性物質を主成分とすることができる。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、熱硬化性物質を主成分とすることができる。熱可塑性物質は、熱可塑性エラストマーを含み得る。熱硬化性物質は、例えば最終硬化後のＢステージの熱硬化物質など、Ｂステージの熱硬化物質を含み得る。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、熱可塑性物質及びＢステージの熱硬化性物質のうちの少なくとも１つを含み得る。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、例えば最終硬化後のＢステージの熱硬化物質など、Ｂステージの熱硬化物質を主成分とすることができる。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イオン性ポリマー、ポリウレタン、ユリアホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、例えばポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン、例えばスチレン−ブタジエン−スチレン等のスチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びに例えばポリフッ化ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレン等のフッ素化ポリマー類のうちの少なくとも１つを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフィン、スチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びにフッ素化ポリマーのうちの少なくとも１つであってよい。不連続輸送保護層のポリマーは、ポリマーブレンド又はポリマー複合体であってよい。いくつかの実施形態において、ポリマーブレンド及び／又はポリマー複合体は、本開示のポリマーから選択される少なくとも２種のポリマーを含み得る。
【００６４】
いくつかの実施形態において、ポリマーを含む不連続輸送保護層は、例えば、無機織布構造体、及び／又はガラス繊維などの無機繊維を含む無機不織布構造体などの無機材料を含み得る。これらの実施形態において、無機織布構造体及び無機不織布構造体は、ポリマーコーティングを含んでもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、約５重量％〜約１００重量％、約１０重量％〜約１００重量％、約２０重量％〜約１００重量％、約３０重量％〜約１００重量％、約４０重量％〜約１００重量％、約５０重量％〜約１００重量％、約６０重量％〜約１００重量％、約７０重量％〜１００重量％、又は更には約８０重量％〜約１００重量％のポリマーを含む。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、低コスト、低重量、及び処理の容易さのうちの少なくとも１つのために、少なくとも約７０重量％〜１００重量％のポリマーを含むことが望ましいことがある。
【００６５】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、約５０℃〜約４００℃、約５０℃〜約３５０℃、約５０℃〜約３００℃、又は更には約５０℃〜約２５０℃の軟化温度を有する。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、２５℃、３０℃、４０℃、又は更には５０℃でも非粘着性である。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、約０重量％〜約１５重量％、約０重量％〜約１０重量％、約０重量％〜約５重量％、約０重量％〜約３重量％、約０重量％〜約１重量％、又は更には実質的に０重量％の感圧接着剤を、ポリマーブレンドの形態で含有する。感圧接着剤などの低率の弾性及び／又は高粘弾性材料は、電気化学セル又は液体フロー電池内の圧縮力によって使用中に流れることがあり、セル又は電池構成要素同士の間の所望の分離を得ることを困難にすることがある。いくつかの実施形態において、電極アセンブリ及び／又は膜電極アセンブリは、実質的に感圧接着剤及び／又は感圧接着層を含まない。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーの係数、例えばヤング率は、約０．０１０ＧＰａ〜約１０ＧＰａ、約０．１ＧＰａ〜約１０ＧＰａ、約０．５ＧＰａ〜約１０ＧＰａ、約０．０１０ＧＰａ〜約５ＧＰａ、約０．１ＧＰａ〜約５ＧＰａ、又は更には約０．５ＧＰａ〜約５ＧＰａであってよい。
【００６６】
不連続輸送保護層のポリマーは、イオン性ポリマーであってもよい。イオン性ポリマーとして、イオン交換樹脂、イオノマー樹脂及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。イオン交換樹脂が特に有用であり得る。不連続輸送保護層のイオン性ポリマーは、繰り返し単位の一部が電気的に中性であり、繰り返し単位の一部がイオン性官能基すなわちイオン性繰り返し単位を有するポリマーを含んでもよい。いくつかの実施形態において、イオン性ポリマーは、イオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が、約０．００５〜約１である。
【００６７】
イオン性ポリマーは、従来技術で改変された従来の熱可塑性物質及び熱硬化性物質を含み、例えば陰イオン及び／又は陽イオンのイオン性官能基のタイプのうちの少なくとも１つを含み得る。改変され得る有用な熱可塑性樹脂は、例えば高分子量ポリエチレン、高密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンなどのポリエチレン、例えば高分子量のポリプロピレンなどのポリプロピレン、ポリスチレン、例えばアルカリ金属に交換された酸官能基を有し得るアクリル酸をベースにしたポリアクリレートなどのポリ（メタ）アクリレート、塩素化ポリ塩化ビニル、例えば過フッ化フルオロポリマー及び各々が半結晶及び／又は非結晶であり得るポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）及びフッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）など部分的にフッ化されたフルオロポリマーなどのフルオロポリマー、ポリエーテルイミド、並びにポリケトンのうちの少なくとも１つを含むが、これらに限定されない。有用な熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、ユリアホルムアデヒド樹脂及びメラミン樹脂のうち少なくとも１つを含むが、これらに限定されない。イオン性ポリマーとして、イオン交換樹脂、イオノマー樹脂及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。イオン交換樹脂が特に有用であり得る。
【００６８】
本明細書で定義されるように、イオン性ポリマーは、繰り返し単位の一部が電気的に中性であり、繰り返し単位の一部がイオン性官能基を有するポリマーを含む。いくつかの実施形態において、イオン性ポリマーは、イオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が約０．００５〜１である。いくつかの実施形態において、イオン性ポリマーは陽イオン樹脂、すなわち、そのイオン性官能基が負の電荷を有して、陽イオン例えばプロトンの移動を促進する。任意で、陽イオン樹脂はプロトン陽イオン樹脂である。いくつかの実施形態では、イオン性ポリマーは陰イオン交換樹脂、すなわち、そのイオン性官能基が正の電荷を有し、陰イオンの移動を促進する。イオン性ポリマーのイオン性官能基としては、カルボキシレート基、スルホネート基、スルホンアミド基、四級アンモニウム基、チウロニウム基、グアニジニウム基、イミダゾリウム基及びピリジニウム基が挙げることができるが、これらに限定されない。イオン性ポリマーに、イオン性官能基の組み合わせを使用してもよい。
【００６９】
イオノマー樹脂は、繰り返し単位の一部が電気的に中性であり、繰り返し単位の一部がイオン性官能基を有する樹脂を含む。本明細書で定義されるように、イオノマー樹脂は、イオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が約０．１５以下である樹脂と見なされる。いくつかの実施形態において、イオノマー樹脂は、イオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が、約０．００５〜約０．１５、約０．０１〜約０．１５、又は更には約０．０３〜約０．１５である。いくつかの実施形態において、イオノマー樹脂は、陽極液及び陰極液のうち少なくとも１つに不溶である。イオノマー樹脂のイオン性官能基としては、カルボキシレート基、スルホネート基、スルホンアミド基、四級アンモニウム基、チウロニウム基、グアニジニウム基、イミダゾリウム基及びピリジニウム基を挙げることができるが、これらに限定されない。イオノマー樹脂にイオン性官能基の組み合わせを使用してもよい。イオノマー樹脂の混合物を用いてもよい。イオノマー樹脂は、陽イオン樹脂又は陰イオン樹脂であってもよい。有用なイオノマー樹脂として、限定はしないが、デラウェア州ウィルミントンのＤｕＰｏｎｔ社から入手可能なＮＡＦＩＯＮと、ベルギー国ブリュッセルのＳＯＬＶＡＹ社から入手可能なパーフルオロスルホン酸であるＡＱＵＩＶＩＯＮと、日本国東京の旭硝子社のフルオロポリマーイオン交換樹脂であるＦＬＥＭＩＯＮ及びＳＥＬＥＭＩＯＮと、独国Ｂｉｅｔｉｇｈｅｉｍ−ＢｉｓｓｉｎｇｅｎのＦｕｍａｔｅｋ社から入手可能な、ＦＫＳ、ＦＫＢ、ＦＫＬ、ＦＫＥ陽イオン交換樹脂並びにＦＡＢ、ＦＡＡ、ＦＡＰ、及びＦＡＤ陰イオン交換樹脂を含むＦＵＭＡＳＥＰイオン交換樹脂と、ミネソタ州セントポールの３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から粉末又は水溶液として、「３Ｍ８２５ＥＷ」の登録商標で入手可能な、８２５当量を有するポリベンゾイミダゾール，パーフルオロスルホン酸イオノマーと、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から粉末又は水溶液として、「３Ｍ７２５ＥＷ」の登録商標で入手可能な、７２５当量を有するパーフルオロスルホン酸イオノマーと、その全体が本明細書に参照として組み込まれている、米国特許第７，３４８，０８８号に記載されているイオン交換材料及び膜と、が挙げられる。
【００７０】
イオン交換樹脂は、繰り返し単位の一部が電気的に中性であり、繰り返し単位の一部がイオン性官能基を有する樹脂を含む。本明細書中に定義されるように、イオン交換樹脂は、イオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が約０．１５より大きく約１．００未満である樹脂と見なされる。いくつかの実施形態では、イオン交換樹脂は、イオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が、約０．１５より大きく約０．９０未満、約０．１５より大きく約０．８０未満、約０．１５より大きく約０．７０未満、約０．３０より大きく約０．９０未満、約０．３０より大きく約０．８０未満、約０．３０より大きく約０．７０未満、約０．４５より大きく約０．９０未満、約０．４５より大きく約０．８０未満、及び更には約０．４５より大きく約０．７０未満である。イオン交換樹脂は、陽イオン交換樹脂であってもよく、又は陰イオン交換樹脂であってもよい。イオン交換樹脂は、任意で、プロトンイオン交換樹脂であってもよい。イオン交換樹脂のタイプは、例えばイオン交換膜など、イオン透過膜を介して陽極液と陰極液との間で移動される必要がある、イオンのタイプに基づいて選択してもよい。いくつかの実施形態において、イオン交換樹脂は、陽極液及び陰極液のうちの少なくとも１つに不溶である。イオン交換樹脂のイオン性官能基としては、カルボキシレート基、スルホネート基、スルホンアミド基、四級アンモニウム基、チウロニウム基、グアニジニウム基、イミダゾリウム基、及びピリジニウム基が挙げられ得るが、これらに限定されない。イオン交換樹脂にイオン性官能基の組み合わせを使用してもよい。イオン交換樹脂の混合物を用いてもよい。有用なイオン交換樹脂としては、フッ素化イオン交換樹脂、例えば、パーフルオロスルホン酸コポリマー及びパーフルオロスルホンイミドコポリマー、スルホン化ポリスルホン、四級アンモニウム基を含むポリマー又はコポリマー、グアニジニウム基若しくはチウロニウム基のうち少なくとも１つを含むポリマー又はコポリマー、イミダゾリウム基を含むポリマー又はコポリマー、ピリジニウム基を含むポリマー又はコポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。このイオン性ポリマーは、イオノマー樹脂とイオン交換樹脂との混合物であってもよい。
【００７１】
不連続輸送保護層のポリマーは、例えばイオン性官能基を有する繰り返し単位のモル分率が、約０．０３〜約１、約０．０５〜約１、約０．１０〜１、約０．０３〜約０．８、約０．０５〜０．８０、又は更には約０．１〜０．８０である、本明細書で先に開示したイオン性ポリマーなどの親水性ポリマーを含んでもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、約５重量％〜約１００重量％、約１０重量％〜１００重量％、約２５重量％〜約１００重量％、約５重量％〜約８０重量％、約１０重量％〜８０重量％、約２５重量％〜約８０重量％、約５重量％〜約６０重量％、約１０重量％〜約６０重量％、又は更には約２５重量％〜約６０重量％の親水性ポリマーを含む。いくつかの実施形態において、親水性ポリマーを、ポリマーブレンドとしてポリマーに含んでもよく、又はポリマーコーティングとして含んでもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、親水性ポリマーコーティングを含む。当技術分野において知られた親水性ポリマーが使用されてもよく、親水性ポリマーは、ポリアクリル酸類、ポリメタクリル酸類、ポリビニルアルコール類、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、酸化ポリエチレン、酸化ポリプロピレン、ポリアクリルアミド類、無水マレイン酸ポリマー、セルロース系ポリマー、主鎖又は側鎖にアミン基を有する高分子電解質及びポリマー（例えば、ナイロン６６、ナイロン７７、及びナイロン１２）、ポリスルフォン、エポキシ類、ポリエステル、並びにポリカーボネートを含むが、これらに限定されない。
【００７２】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は親水性コーティングを含む。親水性コーティングは、有機材料又は無機材料であってよい。親水性コーティングは、高分子量分子種（１００００ｇ／ｍｏｌより大きい数平均分子量）、オリゴマー分子種（１０００ｇ／ｍｏｌより大きく１００００ｇ／ｍｏｌ未満の数平均分子量）、低分子量分子種（１０００ｇ／ｍｏｌ以下で２０ｇ／ｍｏｌ以上の数平均分子量）、及びそれらの組み合わせのうちの少なくとも１つを含み得る。親水性コーティングは、例えば酸、ヒドロキシル、エステル、エーテル及び／又はアミンなど、１つ以上の極性官能基を含む分子種を含むことができる。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の親水性ポリマー及び／又は親水性コーティングは、約９０°〜０°、約８５°〜約０°、約７０°〜約０°、約５０°〜約０°、約３０°〜約０°、約２０°〜約０°、又は更には約１０°〜約０°の、水、陰極液及び／若しくは陽極液との表面接触角を有してもよい。接触角は、後退接触角測定及び前進接触角測定を含む、公知の技術で測定することができる。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の親水性ポリマー及び／又は親水性コーティングは、約９０°〜０°、約８５°〜約０°、約７０°〜約０°、約５０°〜約０°、約３０°〜約０°、約２０°〜約０°、又は更には約１０°〜約０°の、水、陰極液及び／若しくは陽極液との後退接触角を有してもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の親水性ポリマー及び／又は親水性コーティングは、約９０°〜０°、約８５°〜約０°、約７０°〜約０°、約５０°〜約０°、約３０°〜約０°、約２０°〜約０°、又は更には約１０°〜約０°の、水、陰極液及び／若しくは陽極液との前進接触角を有してもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、約９０°〜０°、約８５°〜約０°、約７０°〜約０°、約５０°〜約０°、約３０°〜約０°、約２０°〜約０°若しくは更には約１０°〜約０°の、水、陰極液及び／若しくは陽極液との前進接触角並びに／又は後退接触角を有してもよい。不連続輸送保護層のための親水性ポリマー及び／又は親水コーティングの使用は、例えば陽極液及び／又は陰極液の流れなどの、層を介した液体輸送を改善し、電気化学セル及び／又は液体フロー電池の性能を改善し得る。
【００７３】
本開示の不連続輸送保護層のメッシュ構造体（例えば、メッシュ構造体１５ａ）、織布構造体（例えば、織布構造体１５ｂ）、及び／又は不織布構造体（例えば、不織布構造体１５ｃ）を含んでいるポリマーは、空隙又は孔を実質的に含まない中実であってもよい。例えば、図３Ａ〜３Ｈの不連続輸送保護層はそれぞれ、ポリマーから形成されてもよく、このポリマーは空隙又は孔を実質的に含まない中実であってもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層のポリマーは、約０〜約５体積％の多孔率、約０体積％〜約３体積％の多孔率、又は更には約０体積％〜約１体積％の多孔率を有する。いくつかの実施形態において、電気化学セル又は液体フロー電池で使用する際に存在する圧縮力により良好に抵抗することができ、及び／又は、例えば多孔質電極とイオン透過膜との間など、構成要素間の所望の間隔を維持することができる、より高い弾性率の材料を準備するために、不連続輸送保護層のポリマー内に低い多孔率を維持することが望ましいことがある。
【００７４】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は非導電性である。不連続輸送保護層は、少量の導電性材料又は他の充填剤、例えば非導電性微粒子を含有してよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、導電性微粒子及び非導電性微粒子のうちの少なくとも１つを、約０重量％〜約５重量％、約０〜約３重量％、約０〜約１重量％、又は更には実質的に０重量％を含有する。
【００７５】
不連続輸送保護層の厚さＴは、特に限定されない。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の厚さ、例えば複数の個別の構造体と、メッシュ構造体と、織布構造体と、不織布構造体のうちの少なくとも１つの厚さは、約０．０５ミクロン〜約３０００ミクロン、約０．０５ミクロン〜約２０００ミクロン、約０．０５ミクロン〜約１０００ミクロン、約０．０５ミクロン〜約５００ミクロン、約１ミクロン〜約３０００ミクロン、約１ミクロン〜約２０００ミクロン、約１ミクロン〜約１０００ミクロン、約１ミクロン〜約５００ミクロン、約１０ミクロン〜約３０００ミクロン、約１０ミクロン〜約２０００ミクロン、約１０ミクロン〜約１０００ミクロン、約１０ミクロン〜約５００ミクロン、約５０ミクロン〜約３０００ミクロン、約５０ミクロン〜約２０００ミクロン、約５０ミクロン〜約１０００ミクロン、又は更には約５０ミクロン〜約５００ミクロンである。
【００７６】
いくつかの実施形態において、セル又は電池の短絡に対する抵抗性（例えば、イオン透過膜の炭素繊維貫入に関連付けられた）を最大にするために、より厚い不連続輸送保護層を有することが望ましいことがある。これらの実施形態において、不連続輸送保護層の厚さは、上述した厚さの範囲の上端のものであってよい。例えば、不連続輸送保護層の厚さは、約２５ミクロン〜約３０００ミクロン、約２５ミクロン〜約２０００ミクロン、約２５ミクロン〜約１０００ミクロン、約２５ミクロン〜約５００ミクロン、約５０ミクロン〜約３０００ミクロン、約５０ミクロン〜約２０００ミクロン、約５０ミクロン〜約１０００ミクロン、約５０ミクロン〜約５００ミクロン、約７５ミクロン〜約３０００ミクロン、約７５ミクロン〜約２０００ミクロン、約７５ミクロン〜約１０００ミクロン、約７５ミクロン〜約５００ミクロン、約１００ミクロン〜約３０００ミクロン、約１００ミクロン〜約２０００ミクロン、約１００ミクロン〜約１０００ミクロン、又は更には約１００ミクロン〜約５００ミクロンであってもよい。
【００７７】
いくつかの実施形態において、セル抵抗及び／又は短絡抵抗を強化するため、多孔質保護層の厚さは、約２５ミクロン〜約５００ミクロン、約５０ミクロン〜約５００ミクロン、約７５ミクロン〜約５００ミクロン、約１００ミクロン〜約５００ミクロン、約２５ミクロン〜約４００ミクロン、約５０ミクロン〜約４００ミクロン、約７５ミクロン〜約４００ミクロン、約１００ミクロン〜約４００ミクロン、約２５ミクロン〜約３００ミクロン、約５０ミクロン〜約３００ミクロン、約７５ミクロン〜約３００ミクロン、又は更には約１００ミクロン〜約３００ミクロンであってよい。
【００７８】
いくつかの実施形態において、セル抵抗を向上させる（セル抵抗を低下させる）ために、より薄い不連続輸送保護層を有することが望ましいことがある。これらの実施形態において、不連続輸送保護層の厚さは、上述した厚さの範囲の下端のものであってもよい。例えば、不連続輸送保護層の厚さは、約２５ミクロン〜約５００ミクロン、約５０ミクロン〜約５００ミクロン、約７５ミクロン〜約５００ミクロン、約１００ミクロン〜約５００ミクロン、約２５ミクロン〜約４００ミクロン、約５０ミクロン〜約４００ミクロン、約７５ミクロン〜約４００ミクロン、約１００ミクロン〜約４００ミクロン、約２５ミクロン〜約３００ミクロン、約５０ミクロン〜約３００ミクロン、約７５ミクロン〜約３００ミクロン、又は更には約１００ミクロン〜約３００ミクロンであってもよい。
【００７９】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、メッシュ構造体（図３Ａ及び図３Ｄを参照）を含んでもよい。メッシュ構造体は、例えば複数の貫通孔など、複数の開放領域を有する連続シート又は層を含む。メッシュ構造体は、例えば、複数の貫通孔を有するポリマーフィルムを含むことができる。本開示のメッシュ構造体は、従来の織布及び不織布構造体すなわち織布基材及び不織布基材を含まない。メッシュ構造体の複数の開放領域の形状は、特に限定されず、円形、楕円形、不規則な多角形、規則的な多角形、例えば三角形、四角形（正方形、矩形、菱形、台形）、五角形、六角形、八角形が挙げられるが、これらに限定しない。形状の組み合わせを用いてもよい。いくつかの実施形態において、メッシュ構造体の複数の開放領域は、約１０ミクロン〜約１０ｍｍ、５０ミクロン〜約１０ｍｍ、１００ミクロン〜１０ｍｍ、約２００ミクロン〜約１０ｍｍ、約５００ミクロン〜約１０ｍｍ、約１０００ミクロン〜約１０ｍｍ、１０ミクロン〜約８ｍｍ、５０ミクロン〜約８ｍｍ、約１００ミクロン〜約８ｍｍ、約２００ミクロン〜約８ｍｍ、約５００ミクロン〜約８ｍｍ、約１０００ミクロン〜約８ｍｍ、１０ミクロン〜約６ｍｍ、５０ミクロン〜約６ｍｍ、約１００ミクロン〜約６ｍｍ、約２００ミクロン〜約６ｍｍ、約５００ミクロン〜約６ｍｍ、約１０００ミクロン〜約６ｍｍ、又は更には約１０ミクロン〜約１０００ミクロンの長さ及び／又は幅を有してよい。複数の開放領域の深さは、上述したように不連続輸送保護層の厚さＴに対応してもよい。各開放領域の寸法すなわち長さ、幅及び／又は深さは、実質的に同一であってもよく、又は異なっていてもよい。メッシュ構造体の複数の開放領域は、ランダムであってもよく、パターンであってもよい。パターンとして、正方配列、及び六方配列等が挙げられるが、これらに限定されない。パターンの組み合わせを用いてもよい。
【００８０】
メッシュ構造体は、当技術分野の公知の技術によって作製され得る。例えば、ポリマーフィルムは押出し成形プロセスによって作製することができ、複数の開放領域が、限定しないが、ダイカット、レーザ切断、ウォータージェット切断、ニードルパンチ、エッチングなど、当技術分野で公知の技術を介してポリマーフィルムに形成することができる。メッシュ構造体もまた押出し成形プロセスによって形成することができる。押出し成形プロセスは、例えば、互いに実質的に平行なポリマーのストランドの第１のセットが、多孔質電極上で１つの方向で押出され、互いに実質的に平行で更にストランドの第１のセットに対して角度θだけオフセットされた、ポリマーストランドの第２のセットが、多孔質電極上に押出され、それによってメッシュ構造体を形成する。θは、約５°〜約９０°、約１５°〜約９０°、約３０°〜約９０°、又は更には約４５°〜約９０°であってよい。
【００８１】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、織布構造体、すなわち複数の開放領域を有する織布基材（図３Ｅ及び図３Ｆを参照）を含んでもよい。当技術分野で公知である従来の織布構造体、例えば織物布及び織布が使用され得る。いくつかの実施形態において、織布構造体の複数の開放領域は、約１０ミクロン〜約１０ｍｍ、約５０ミクロン〜約１０ｍｍ、約１００ミクロン〜約１０ｍｍ、約２００ミクロン〜約１０ｍｍ、約５００ミクロン〜約１０ｍｍ、約１０００ミクロン〜約１０ｍｍ、約１０ミクロン〜約８ｍｍ、約５０ミクロン〜約８ｍｍ、約１００ミクロン〜約８ｍｍ、約２００ミクロン〜約８ｍｍ、約５００ミクロン〜約８ｍｍ、約１０００ミクロン〜約８ｍｍ、約１０ミクロン〜約６ｍｍ、約５０ミクロン〜約６ｍｍ、約１００ミクロン〜約６ｍｍ、約２００ミクロン〜約６ｍｍ、約５００ミクロン〜約６ｍｍ、約１０００ミクロン〜約６ｍｍの長さ及び／又は幅を有してもよい。複数の開放領域の深さは、前述したように不連続輸送保護層の厚さＴに対応し得る。
【００８２】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、不織布構造体、すなわち実質的に相互連結した開放領域を有する不織布基材（図３Ｇ及び図３Ｈを参照）を含んでもよい。例えば不織布紙、不織布フェルト、及び不織布ウェブなど、当技術分野で公知である従来の不織布構造体が使用され得る。
【００８３】
本開示における不連続輸送保護層の織布及び不織布構造体は、非導電性の構造体であってもよい。不連続輸送保護層の織布及び不織布構造体は、一般に繊維を含む。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、非導電性の織布構造体を含み、非導電性の不織布構造体を含まない。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は、非導電性の不織布構造体を含み、非導電性の織布構造体を含まない。不連続輸送保護層における、非導電性の織布及び不織布構造体は、ポリマーを含み、任意で無機物を含み得る。織布及び不織布構造体は、非導電性ポリマー材料を含んでよく、任意で非導電性の無機材料を含み得る。非導電性の織布基材及び不織布基材は、例えば複数の繊維など、繊維を含んでよい。織布及び不織布構造体は、例えば非導電性ポリマー繊維などのポリマー繊維から、及び任意で、例えば非導電性の無機繊維などの無機繊維から作製され得る。いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体は、ポリマー繊維を含み、無機繊維を除外してよい。
【００８４】
いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体の繊維は、長さ対幅のアスペクト比、及び長さ対厚さのアスペクト比の両方が約１０より大きくてよく、幅対厚さのアスペクト比が約５未満であってよい。円の形状の断面積を有する繊維の場合、幅及び厚さは同一であり、円形断面の直径に等しくなる。繊維の長さ対幅及び長さ対厚さのアスペクト比に関する特定の上限はない。繊維の長さ対厚さ及び長さ対幅のアスペクト比の両方は、約１０〜約１００００００、１０〜約１０００００、１０〜約１０００、約１０〜約５００、１０〜約２５０、１０〜約１００、約１０〜約５０、約２０〜約１００００００、２０〜約１０００００、２０〜約１０００、２０〜約５００、２０〜約２５０、２０〜約１００、又は更には約２０〜約５０であってもよい。繊維の幅及び厚さはそれぞれ、約０．００１〜約５００ミクロン、約０．００１〜約２５０ミクロン、約０．００１〜約１００ミクロン、約０．００１ミクロン〜約５０ミクロン、約０．００１〜約２５ミクロン、約０．００１ミクロン〜約１０ミクロン、約０．００１ミクロン〜約１ミクロン、約０．０１〜約５００ミクロン、約０．０１〜約２５０ミクロン、約０．０１〜約１００ミクロン、約０．０１ミクロン〜約５０ミクロン、約０．０１〜約２５ミクロン、約０．０１ミクロン〜約１０ミクロン、約０．０１ミクロン〜約１ミクロン、約０．０５〜約５００ミクロン、約０．０５〜約２５０ミクロン、約０．０５〜約１００ミクロン、約０．０５ミクロン〜約５０ミクロン、約０．０５〜約２５ミクロン、約０．０５ミクロン〜約１０ミクロン、約０．０５ミクロン〜約１ミクロン、約０．１〜約１００ミクロン、約０．１〜約５００ミクロン、約０．１〜約２５０ミクロン、約０．１ミクロン〜約５０ミクロン、約０．１〜約２５ミクロン、約０．１ミクロン〜約１０ミクロン、又は更には約０．１ミクロン〜約１ミクロンであってもよい。いくつかの実施形態において、繊維の厚さと幅とは、同一であってもよい。いくつかの実施形態において、より小さいマイクロファイバーが一緒に織られるか又は結合されて、構成する個々の繊維よりも大きな寸法、例えば幅及び／又は厚さを有するマクロファイバーを形成し得る。
【００８５】
繊維は、従来の技術を用いて、織布及び不織布構造体に作製され得る。不織布構造体は、メルトブローン繊維プロセス、スパンボンドプロセス、カーディングプロセスなどによって作製され得る。いくつかの実施形態において、繊維の長さ対厚さのアスペクト比、及び長さ対幅のアスペクト比は、１００００００より大きく、約１０００００００より大きく、約１００００００００より大きく、又は更には１０００００００００より大きくてよい。いくつかの実施形態において、繊維の長さ対厚さのアスペクト比、及び長さ対幅のアスペクト比は、約１０〜約１０００００００００、約１０〜約１００００００００、約１０〜約１０００００００、約２０〜約１０００００００００、約２０〜約１００００００００、約２０〜約１０００００００、約５０〜約１０００００００００、約５０〜約１００００００００、又は更には約５０〜約１０００００００であってもよい。
【００８６】
織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つは、従来の織布紙及び不織布紙、フェルト、マット、及び当技術分野で公知である布（布地）を含んでよい。織布及び不織布構造体は、ポリマー繊維、及び任意でセラミック繊維を含んでよい。非導電性の織布及び不織布基材のうちの少なくとも１つを形成するために使用されるタイプの数、ポリマー繊維のタイプ及びセラミック繊維のタイプの数は、特に限定されない。ポリマー繊維は、例えばポリマー組成物又は１つのポリマータイプなど、少なくとも１つのポリマーを含んでよい。ポリマー繊維は、少なくとも２つのポリマー、すなわち２つのポリマー組成物又は２つのポリマータイプを含んでよい。ポリマー繊維は、少なくとも２つの異なるポリマータイプからなる芯鞘ポリマー繊維であってもよい。例えば、ポリマー繊維は、ポリエチレンから成る一方のセットの繊維、及びポリプロピレンから成る他方のセットの繊維を含んでよい。少なくとも２つのポリマーが使用される場合、第１のポリマー繊維は、第２のポリマー繊維よりも低いガラス転移温度及び／又は融解温度を有し得る。第１のポリマー繊維は、織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つのポリマー繊維を一緒に融合させ、例えば織布及び不織布構造体の機械的特性を改善するために使用され得る。任意のセラミック繊維は、例えば１つのセラミック組成物又は１つのセラミックタイプなど、少なくとも１つのセラミックを含んでよい。任意のセラミック繊維は、少なくとも２つのセラミック、すなわち２つのセラミック組成物又は２つのセラミックタイプを含んでよい。織布及び不織布構造体は、例えば１つのポリマー組成物又はポリマータイプなどの、少なくとも１つのポリマー繊維、及び、例えば１つのセラミック組成物又は１つのセラミックタイプなどの、少なくとも１つのセラミック繊維を含んでよい。例えば、織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つは、ポリエチレン繊維及びガラス繊維を含んでよい。
【００８７】
織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つの基本重量は、特に限定されない。いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つの基本重量は、材料のグラム／平方メートル（ｇｓｍ）で測定され、約４ｇｓｍ〜約６０ｇｓｍ、約４ｇｓｍ〜約５０ｇｓｍ、約４ｇｓｍ〜約４０ｇｓｍ、約４ｇｓｍ〜約３２ｇｓｍ、約６ｇｓｍ〜約６０ｇｓｍ、約６ｇｓｍ〜約５０ｇｓｍ、約６ｇｓｍ〜約４０ｇｓｍ、約６ｇｓｍ〜約３２ｇｓｍ、約８ｇｓｍ〜約６０ｇｓｍ、約８ｇｓｍ〜約５０ｇｓｍ、約８ｇｓｍ〜約４０ｇｓｍ、又は更には約８ｇｓｍ〜約３２ｇｓｍであってよい。
【００８８】
いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体は、導電性材料が非導電性の織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つを導電性に変えない限りは、少量の１つ以上の導電性材料を含んでもよい。いくつかの実施形態において、非導電性の織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つは、実質的に導電性材料を含まない。この場合、「導電性材料を実質的に含まない」とは、非導電性の織布及び不織布基材のうちの少なくとも１つが、約２５重量％未満、約２０重量％未満、約１５重量％未満、約１０重量％未満、約５重量％未満、約３重量％未満、約２重量％未満、約１重量％未満、約０．５重量％未満、約０．２５重量％未満、約０．１重量％未満、又は更には０．０重量％未満の導電性材料を含むことを意味する。
【００８９】
織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つのポリマー繊維は、特に限定されない。いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体のうちの少なくとも１つのポリマー繊維は、非導電性である。いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体のポリマー繊維は、熱可塑性物質及び熱硬化性物質のうちの少なくとも１つを含んでよい。熱可塑性物質は、熱可塑性エラストマーを含み得る。熱硬化性物質は、Ｂステージのポリマーを含み得る。いくつかの実施形態において、織布及び不織布構造体のポリマー繊維は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、ユリアホルムアルデヒド樹脂、メラミン樹脂、例えばポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、例えばポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン、例えばスチレン−ブタジエン−スチレン等のスチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、例えばフッ化ポリビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素化ポリマーのうちの少なくとも１つを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態において、ポリマー繊維は、ポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフィン、スチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びにフッ素化ポリマーのうちの少なくとも１つを含む。
【００９０】
織布及び不織布構造体の任意のセラミック繊維は、特に限定されない。セラミック繊維のセラミックとして、金属酸化物、例えばガラス及びドープガラスなどの酸化ケイ素、及び酸化アルミニウムを挙げることができるが、これらに限定されない。
【００９１】
セラミック繊維が織布構造体及び／又は不織布構造体として使用される場合、セラミック繊維は、金属酸化物、例えばガラス及びドープガラスなどの酸化ケイ素、及び酸化アルミニウムのうちの少なくとも１つを含んでもよいが、これらに限定されない。
【００９２】
不連続輸送保護層は、多層構造体であってもよい。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は少なくとも１つの層を含む。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層は２層以上を含む。不連続輸送保護層の層は、同じ組成物及び／若しくは構造体であってもよく、又は２つ以上の異なる組成物及び／若しくは２つ以上の異なる構造体を含んでもよい。
【００９３】
本開示の不連続輸送保護層は、不連続輸送保護層の少なくとも一部分にイオン性樹脂コーティングを更に含んでもよい。不連続輸送保護層のイオン性樹脂コーティングは、電解質の選択イオンが不連続輸送保護層を貫通して移動することを可能にする。これは、電解質が所与の不連続輸送保護層を容易に濡らして不連続輸送保護層に吸収されるようにすることによって達成され得る。材料特性、特に不連続輸送保護層の表面濡れ性は、陽極溶液及び陰極溶液の種類、すなわち、陽極溶液及び陰極溶液が水性系であるか非水性系であるかに基づいて選択してもよい。いくつかの実施形態において、イオン性樹脂コーティングのイオン性樹脂は、約９０°〜０°、約８５°〜約０°、約７０°〜約０°、約５０°〜約０°、約３０°〜約０°、約２０°〜約０°、又は更には約１０°〜約０°の、水、陰極液及び／若しくは陽極液との表面接触角を有してもよい。いくつかの実施形態において、イオン性樹脂は不連続輸送保護層の表面積の、少なくとも１０％、少なくとも２０％、少なくとも３０％、少なくとも４０％、少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％、少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、又は更には少なくとも１００％を、コーティングする。濡れ性の改善は一般にイオン性樹脂コーティングの適用面積と共に増大するので、より大きい適用面積が好ましい可能性がある。
【００９４】
イオン性樹脂コーティングは、イオン性樹脂コーティングを形成するために硬化され得る１つ以上のモノマー及びオリゴマーを含有する、前駆体イオン性樹脂から形成することができる。前駆体イオン性樹脂は、溶解したポリマーを更に含有してもよい。前駆体イオン性樹脂は、前駆体イオン性樹脂の硬化前又は硬化後に除去される溶媒を含んでもよい。イオン性樹脂は、イオン性樹脂粒子の分散体から形成してもよく、分散体の溶媒を除去して不連続輸送保護層のイオン性樹脂コーティングを形成してもよい。イオン性樹脂コーティングはイオン性ポリマーを含むことができ、イオン性ポリマーは溶媒に分散又は溶解してもよく、この溶媒を除去して不連続輸送保護層のイオン性樹脂コーティングを形成してもよい。本明細書で前述したように、イオン性樹脂コーティングは、イオン性ポリマー、イオノマー樹脂、及びイオン交換樹脂のうちの少なくとも１つを含み得る。
【００９５】
不連続輸送保護層の総重量に対する、イオン性樹脂の重量の比率は特に限定されない。いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の総重量に対するイオン性樹脂の重量の比率は、約０．０３〜約０．９５、約０．０３〜約０．９０、約０．０３〜約０．８５、約０．０３〜約０．８０、約０．０３〜約０．７０、約０．０５〜約０．９５、約０．０５〜約０．９０、約０．０５〜約０．８５、約０．０５〜約０．８０、約０．０５〜約０．７０、約０．１０〜約０．９５、約０．１０〜約０．９０、約０．１０〜約０．８５、約０．１０〜約０．８０、約０．１０〜約０．７０、約０．２０〜約０．９５、約０．２０〜約０．９０、約０．２０〜約０．８５、約０．２０〜約０．８０、約０．２０〜約０．７０、約０．３０〜約０．９５、約０．３０〜約０．９０、約０．３０〜約０．８５、約０．３０〜約０．８０、約０．３０〜約０．７０、約０．４０〜約０．９５、約０．４０〜約０．９０、約０．４０〜約０．８５、約０．４０〜約０．８０、又は更には約０．４０〜約０．７０である。
【００９６】
当技術分野で公知であるコーティング技術が使用されてよく、例として、ブラシコーティング、ディップコーティング、スプレーコーティング、例えばスロット供給ナイフコーティングなどのナイフコーティング、ノッチバーコーティング、例えばメイヤーバーコーティングなどのメータリングロッドコーティング、例えば流体軸受ダイコーティングなどのダイコーティング、例えば３ロールコーティングなどのロールコーティング、カーテンコーティングなどが挙げられるが、これらに限定されない。
【００９７】
いくつかの実施形態において、イオン性樹脂は、例えばイオン性樹脂、溶媒、及び他の任意の望ましい添加剤を含む溶液などの、イオン性樹脂コーティング溶液の形態で、不連続輸送保護層の繊維表面の少なくとも一部にコーティングされる。例えば溶媒など、イオン性樹脂コーティング溶液の揮発性の構成成分は、不連続輸送保護層の表面の少なくとも一部にイオン性樹脂を残して、乾燥させることによって除去する。イオン性樹脂コーティング溶液は、樹脂と、適切な溶媒と、任意の他の添加剤とを組み合わせ、その後所望の剪断速度で混合することを含む溶液配合によって調製することができる。混合は、例えばブレードミキサ、及びボールミリング加工などの従来のミリング加工を含む、当技術分野で公知である任意の技術を使用することを含み得る。イオン性樹脂コーティング溶液への他の添加剤として、界面活性剤、分散剤、増粘剤、湿潤剤などを挙げることができるが、これらに限定されない。界面活性剤、分散剤及び増粘剤は、イオン性樹脂コーティング溶液が、不連続輸送保護層の表面を湿潤させる能力を促進するのを助けることができる。それらは粘度調節剤としても機能することができる。コーティング溶液を作る前に、イオン性樹脂は、例えば、エマルジョン重合技術又は懸濁重合技術を介して、イオン性樹脂を調製した場合に生成されるように、分散液又は懸濁液の形態であってもよい。イオン性樹脂分散体又は懸濁液を溶媒中で安定させるために、界面活性剤などの添加剤を使用してもよい。
【００９８】
イオン性樹脂コーティング溶液で有用な溶媒は、イオン性樹脂のタイプに基づいて選択してもよい。イオン性樹脂コーティング溶液で有用な溶媒としては、水、アルコール類（例えば、メタノール、エタノール及びプロパノール）、アセトン、酢酸エチル、アルキル溶媒（例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン及びオクタン）、メチルエチルケトン、エチルエチルケトン、ジメチルエーテル、石油エーテル、トルエン、ベンゼン、キシレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【００９９】
イオン性樹脂コーティング溶液中の溶媒の量は、重量基準で、約５〜約９５パーセント、約１０〜約９５パーセント、約２０〜約９５パーセント、約３０〜約９５パーセント、約４０〜約９５パーセント、約５０〜約９５パーセント、約６０〜約９５パーセント、約５〜約９０パーセント、約１０〜約９０パーセント、約２０パーセント〜約９０パーセント、約３０〜約９０パーセント、約４０〜約９０パーセント、約５０〜約９０パーセント、約６０〜約９０パーセント、約５〜約８０パーセント、約１０〜約８０パーセント、約２０パーセント〜約８０パーセント、約３０〜約８０パーセント、約４０〜約８０パーセント、約５０〜約８０パーセント、約６０〜約８０パーセント、約５パーセント〜約７０パーセント、約１０パーセント〜約７０パーセント、約２０パーセント〜約７０パーセント、約３０〜約７０パーセント、約４０〜約７０パーセント、又は更には約５０〜約７０パーセントであってよい。
【０１００】
例えば湿潤性を向上させるために、界面活性剤をイオン性樹脂コーティング溶液に使用してもよい。界面活性剤には、陽イオン性、陰イオン性及び非イオン性界面活性剤を含んでもよい。イオン性樹脂コーティング溶液で有用な界面活性剤は、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙ社（ミシガン州ミッドランド市）から入手可能なＴＲＩＴＯＮ  Ｘ−１００、ＢＹＫ  Ｃｈｅｍｉｅ  ＧＭＢＨ社から（独国Ｗｅｓｅｌ）から入手可能なＤＩＳＰＥＲＳＢＹＫ  １９０、アミン（例えば、オレイルアミン及びドデシルアミン）、炭素数８以上の主鎖を有するアミン（例えば、３−（Ｎ、Ｎ−ジメチルドデシルアンモニオ）プロパンスルホン酸（ＳＢ１２））、Ｃｒａｙ  Ｖａｌｌｅｙ  ＵＳＡ，ＬＬＣ社（ペンシルベニア州エクストン市）から入手可能なＳＭＡ  １０００、１，２−プロパンジオール、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、米国特許出願公開第２０１３／００１１７６４号において開示されている第四級アミノ及び界面活性剤（この米国特許出願公開の内容は、その全体が参照により本明細書に組み込まれている）を含むが、これらに限定されない。イオン性樹脂コーティング溶液中に１種以上の界面活性剤が使用される場合、界面活性剤は熱プロセスによって不連続輸送保護層から除去してもよい。界面活性剤は熱処理の温度で揮発するか又は分解し、得られた化合物は熱処理の温度で揮発する。いくつかの実施形態において、イオン性樹脂は界面活性剤を実質的に含まない。「実質的に含まない」とは、イオン性樹脂が、０重量％〜０．５重量％、０重量％〜０．１重量％、０重量％〜０．０５重量％、又は更には０重量％〜０．０１重量％の界面活性剤を含有することを意味する。いくつかの実施形態において、イオン性樹脂は界面活性剤を含有しない。界面活性剤は、界面活性剤の溶媒を用いた洗浄又はすすぎによってイオン性樹脂から除去してもよい。溶媒としては、水、アルコール類（例えば、メタノール、エタノール及びプロパノール）、アセトン、酢酸エチル、アルキル溶媒（例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン及びオクタン）、メチルエチルケトン、エチルエチルケトン、ジメチルエーテル、石油エーテル、トルエン、ベンゼン、キシレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、クロロホルム、四塩化炭素、クロロベンゼン及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。
【０１０１】
不連続輸送保護層は、ライナー又は剥離ライナー上に溶液をコーティングすることによってイオン性樹脂コーティング溶液で形成することができる。次に、不連続輸送保護層の第１の主面、例えば織布及び不織布構造体の第１の主面は、イオン性樹脂コーティング溶液に接触させて設置され得る。不連続輸送保護層はライナーから取り外され、不連続輸送保護層の第１の主面の少なくとも一部は、イオン性樹脂コーティング溶液でコーティングされる。任意で、新しいライナー又は同じライナーに、同一又は異なるイオン性樹脂コーティング溶液でコーティングしてもよく、次に不連続輸送保護層の第２の主面をイオン性樹脂コーティング溶液に接触させて設置してもよい。不連続輸送保護層はライナーから取り外され、不連続輸送保護層の第２の主面の少なくとも一部は、イオン性樹脂コーティング溶液でコーティングされる。次に、不連続輸送保護層は、例えば溶媒などの揮発性化合物をイオン性樹脂コーティング溶液から除去するために、例えばオーブンから又はオーブンを介した空気流からの熱などの熱処理のために露出され、ポリマー、及び不連続輸送保護層のポリマーの表面の少なくとも一部をコーティングするイオン性樹脂を含む、不連続輸送保護層を生成する。不連続輸送保護層を作製する代替の方法として、イオン性樹脂コーティング溶液を、不連続輸送保護層の第１の主面及び／又は第２の主面上に直接コーティングし、その後、例えば溶媒などの揮発性化合物をイオン性樹脂コーティング溶液から除去するために、例えばオーブンから又はオーブンを介した空気流からの熱などの熱処理を行い、ポリマーと、不連続輸送保護層のポリマーの表面の少なくとも一部をコーティングするイオン性樹脂とを含む、不連続輸送保護層を生成する。コーティング後に、コーティング溶液の量が多すぎる場合には、熱処理の前に、不連続輸送保護層を例えば２つのロールコータのニップに通して、イオン性樹脂コーティング溶液の一部を除去してもよい。
【０１０２】
イオン性樹脂が前駆体イオン性樹脂の形態である場合、不連続輸送保護層は、前駆体樹脂を伴うポリマーを含む不連続輸送保護層の、少なくとも一方の主面をコーティングすることによって形成することができる。不連続輸送保護層のポリマー表面の少なくとも一部は、前駆体イオン性樹脂でコーティングされる。次いで、不連続輸送保護層の前駆体イオン樹脂コーティングは、限定ではないが、熱硬化、化学線硬化、及びｅビーム硬化を含む、当技術分野で公知である技術によって硬化させることができる。前駆イオン性樹脂は、前駆性イオン性樹脂の硬化化学作用及びイオン性樹脂の所望の最終特性によって、硬化剤、触媒、連鎖移動剤、連鎖延長剤などのうちの１つ以上を含有してもよい。イオン性樹脂前駆体を硬化させることにより、ポリマーと、不連続輸送保護層のポリマー表面の少なくとも一部をコーティングするイオン性樹脂とを含む、不連続輸送保護層を生成する。
【０１０３】
いくつかの実施形態において、不連続輸送保護層の体積多孔率、及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つは、約０．１０〜約０．９９５、約０．１０〜約０．９５、約０．１０〜約０．９０、約０．１０〜約０．８５、約０．１０〜約０．７５、約０．１５〜約０．９９５、約０．１５〜約０．９５、約０．１５〜約０．９０、約０．１５〜約０．８５、約０．１５〜約０．７５、約０．２５〜約０．９９５、約０．２５〜約０．９５、約０．２５〜約０．９０、約０．２５〜約０．８５、約０．２５〜約０．７５、約０．３５〜約０．９９５、約０．３５〜約０．９５、約０．３５〜約０．９０、約０．３５〜約０．８５、約０．３５〜約０．７５、約０．４５〜約０．９９５、約０．４５〜約０．９５、約０．４５〜約０．９０、約０．４５〜約０．８５、約０．４５〜約０．７５、約０．５０〜約０．９９５、約０．５０〜約０．９５、約０．５０〜約０．９０、約０．５０〜約０．８５、約０．５０〜約０．７５、約０．６５〜約０．９９５、約０．６５〜約０．９５、約０．６５〜約０．９０、約０．６５〜約０．８５、又は更には約０．６５〜約０．７５であってよい。
【０１０４】
不連続輸送保護層の体積多孔率は、不連続輸送保護層の総体積すなわちバルク体積によって除算された、不連続輸送層の空隙空間の体積と定義される。体積多孔率は、例えば直接方法、光学的方法、及びガス膨脹方法など、当技術分野で公知である従来の技術によって定義することができる。例えば、体積多孔率は次式から算出してもよい。
体積多孔率＝１−（Ｄｓ／Ｄｍ）
式中、
Ｄｓ＝基材の密度（バルク密度）、例えばｇ／ｃｍ３
Ｄｍ＝基材を構成する材料の密度、例えばｇ／ｃｍ３
【０１０５】
基材が２種以上の繊維タイプを含有する織布及び不織布基材である場合、Ｄｍは重み付けされた平均密度である。
重み付けされた平均密度＝Ｄ１（ｗ１／ｗ３）＋Ｄ２（ｗ２／ｗ３）
式中、
Ｄ１は構成成分１の密度である。
Ｄ２は構成成分２の密度である。
ｗ１は構成成分１の重量である。
ｗ２は構成成分２の重量である。
ｗ３は総重量（ｗ３＝ｗ１＋ｗ２）である。
【０１０６】
例えば、０．９５ｇ／ｃｍ３の密度を有するポリエチレン繊維から作られた、０．３ｇ／ｃｍ３の密度Ｄｓを有する不織布基材について、多孔率は（１−０．３／０．９５）すなわち０．６８４である。体積多孔率は、基材内の孔又は開放体積の体積率である。
【０１０７】
開放面積多孔率は、不連続輸送保護層の主面における不連続輸送保護層の表面の総面積（貫通孔の面積と対応するポリマーの面積）に対する、例えば貫通孔などの空隙面積の比率である。開放面積多孔率は、当技術分野で公知である従来技術によって決定され得る。開放面積多孔率は、例えば矩形貫通孔の長さｌ、及び幅ｗ、並びに横糸繊維の繊維幅又は径Ｄｗｅ、及び経糸繊維の繊維幅又は径Ｄｗａを有するメッシュについて、以下のように計算され得る（孔の長さは経糸の方向に対応し、穴の幅は横糸の方向に対応するものと見なす）。
開放面積多孔率＝（ｌ×ｗ）／［（ｌ＋Ｄｗｅ）（ｗ＋Ｄｗａ）］
【０１０８】
いくつかの実施形態において、セル又は電池の短絡に対する抵抗性（イオン透過膜の炭素繊維貫入に関連付けられた）を最大にするために、孔の少ない不連続輸送保護層を有することが望ましいことがある。これらの実施形態において、不連続輸送保護層の体積多孔率及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つは、上述した体積多孔率及び／又は開放面積多孔率の範囲の下端にあってもよい。例えば、不連続輸送保護層の体積多孔率及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つは、約０．１０〜約０．６５、約０．１０〜約０．５５、約０．１０〜約０．４５、約０．１０〜約０．３５、約０．１５〜約０．６５、約０．１５〜約０．５５、約０．１５〜約０．４５、又は更には約０．１５〜約０．３５であってよい。
【０１０９】
いくつかの実施形態において、セル抵抗を最大にする（セル抵抗を下げる）ため、セル又は電池の中での流体の流れ、すなわち陽極液及び／又は陰極液の流れを増加させるために、より多孔質な不連続輸送保護層を用いることが望ましいことがある。これらの実施形態において、不連続輸送保護層の体積多孔率及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つは、上述した体積多孔率及び／又は開放面積多孔率の範囲の上端にあってもよい。例えば、不連続輸送保護層の体積多孔率及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つは、約０．３５〜約０．９９５、約０．３５〜約０．９５、約０．３５〜約０．９０、約０．３５〜約０．８５、約０．３５〜約０．７５、約０．４５〜約０．９９５、約０．４５〜約０．９５、約０．４５〜約０．９０、約０．４５〜約０．８５、又は更には約０．４５〜約０．７５であってよい。
【０１１０】
本開示の不連続輸送保護層を含有する電気化学セル又は電池の短絡抵抗及びセル抵抗を改善することに関して、増加又は減少させるかのいずれかの多孔率の変更は、一般的に、パラメータの１つを改善する一方で、他方のパラメータに悪影響を与える。しかし、驚くことに、電気化学セルの短絡に対する抵抗（イオン透過膜の炭素繊維貫入に関連付けられた）は、本開示の不連続輸送保護層を含有する電気化学セルのセル抵抗を、少なくとも著しくではないが変化させ、場合によっては改善させつつ、改善させ得ることが判明した。これらの実施形態において、不連続輸送保護層の体積多孔率及び開放面積多孔率のうちの少なくとも１つは、約０．３５〜約０．９９５、約０．３５〜約０．９５、約０．３５〜約０．９０、約０．３５〜約０．８５、又は更には約０．３５〜約０．７５であってよい。
【０１１１】
本開示の不連続輸送保護層は、様々な技術によって作製され得る。一実施形態では、熱可塑性物質又はＢステージの熱硬化性物質の連続フィルムは、例えば所望の開放領域を連続フィルムにダイカットすることによって、不連続輸送保護層の中に形成することができ、メッシュ構造体を形成する。別の実施形態において、熱可塑性繊維又はＢステージの熱硬化性繊維の織布構造体若しくは不織布構造体は、例えば、従来技術を用いて織布構造体又は不織布構造体を作製することによって、不連続輸送保護層の中に形成することができる。
【０１１２】
いくつかの実施形態において、イオン透過膜に隣接する不連続輸送保護層の主面を、圧力及び熱のうちの少なくとも１つを含み得る従来の積層技術を用いて、イオン透過膜（例えば、イオン交換膜）の第１の主面に積層して、膜電極アセンブリを形成してもよい。不連続輸送保護層の他方の主面が、接着層（例えば、第１の接着層）を介して多孔質電極に接着されるということが仮定される。いくつかの実施形態において、第２の不連続輸送保護層を、圧力及び熱のうちの少なくとも１つを含み得る従来の積層技術を用いて、イオン透過膜（例えば、イオン交換膜）の第１の主面とは反対側を向いた第２の主面に積層して、膜電極アセンブリを形成してもよい。第２の不連続輸送保護層の他方の主面が、接着層（例えば、第２の接着層）を介して第２の多孔質電極に接着されるということが仮定される。
【０１１３】
本開示の接着層（例えば、第１の接着層、第２の接着層、第３の接着層、第４の接着層、第１のガスケット接着層、及び第２のガスケット接着層）は、感圧接着剤、熱溶融性接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つを含んでもよい。本開示の接着層に用いられ得る感圧接着剤として、アクリレート、シリコーン、ニトリル系ゴム、ブチル系ゴム、天然ゴム、スチレンブロックコポリマー、ウレタンなどをベースとするものが挙げられるが、これらに限定されない。ポリ（メタ）アクリレートをベースとする感圧接着剤は、特に好適となり得る。
【０１１４】
加熱活性化接着剤は、周囲温度又は使用温度において、例えば感圧接着剤又は構造用接着剤などの接着剤として作用することができ、一方では高温において、液体のように流動する機能を有する。加熱活性化接着剤は熱溶融接着剤を含み、半結晶又は非結晶の接着剤であり、それらの結晶融解温度Ｔｍ及び／又はガラス転移温度Ｔｇを超える温度まで加熱すると、流動できる性質を有する。一旦冷却して、温度をＴｍ及び／又はＴｇより低く戻すと、熱溶融接着剤は固化して接着性がもたらされる。熱溶融接着剤は、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリオレフィン、ポリカーボネート及びエポキシ樹脂のうちの少なくとも１つを含み得る。熱溶融接着剤は硬化され得る。熱溶融接着剤の硬化は、湿気硬化、熱硬化、及び化学線硬化のうちの少なくとも１つを含むことができる。加熱活性化接着剤は、その全てが本明細書に参照として組み込まれる、米国特許出願公開第２０１２／０３２５４０２号（Ｓｕｗａらによる）、並びに米国特許第７，００８，６８０号（Ｅｖｅｒａｅｒｔｓらによる）、及び同第５，９０５，０９９号（Ｅｖｅｒａｅｒｔｓらによる）において開示されている接着剤を含んでもよい。
【０１１５】
本開示の接着剤は、例えば、接着転写テープの使用を介して接着層を電極アセンブリの不連続輸送保護層に積層するなどの積層加工、並びに、例えば接着剤を電極アセンブリの不連続輸送保護層にスクリーン印刷するなどの、様々なコーティング及び印刷技術を含む、当技術分野で公知である技術によって、膜電極アセンブリに適用してもよい。
【０１１６】
接着層（例えば、第１の接着層、第２の接着層、第３の接着層、第４の接着層、第１のガスケット接着層、及び第２のガスケット接着層）は、環の形状、すなわち環形状の接着層であってもよい。用語「環」及び／又は「環状」は、一般に、２つの同心円によって境界付けされたリング状の物体を説明するために使用される。しかし、本開示において、用語「環」及び／又は「環状」はリング状の物体を指す。環の形状は特に限定されず、円、正方形、長方形、三角形、楕円形、及びダイヤモンド形を含み得るが、これらに限定されない。接着層は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されていてもよい。いくつかの実施形態において、例えば第１の接着層、第２の接着層、第３の接着層、及び第４の接着層などの接着層のうちの１つ以上は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されてもよく、不連続なライン又はストリップの連続であってもよい。いくつかの実施形態において、例えば第１の接着層、第２の接着層、第３の接着層、及び第４の接着層などの接着層のうちの１つ以上は、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されてもよく、膜電極アセンブリの外辺部の両側に（例えば、互いに向かい合って）、例えば２つの個別の接着ライン（例えば、ストリップ）などの２つの接着領域を含み得る。
【０１１７】
第１及び第２のガスケットは、液体フロー電池の分野でガスケット材料として一般に使用される材料から調製され得る。ガスケットに使用される材料は特に限定されないが、一般的にガスケットの材料は、液体フロー電池に使用される陽極液及び／又は陰極液に対する良好な耐化学薬品性を有する。第１及び／又は第２のガスケットは、少なくとも１つのポリマーを含み得る。いくつかの実施形態において、第１及び第２のガスケットは、例えばポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンナフタレート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、例えばポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン、例えばスチレン−ブタジエン−スチレン等のスチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びに例えばフッ化ポリビニリデン及びポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素化ポリマーのうちの、少なくとも１つを含むことができるが、これらに限定されない。第１及び／又は第２のガスケットは、環の形状、すなわち環形状の第１のガスケット及び／又は環形状の第２のガスケットであってもよい。用語「環」及び／又は「環状」は、一般に、２つの同心円によって境界付けされたリング状の物体を説明するために使用される。しかし、本開示において、用語「環」及び／又は「環状」はリング状の物体を指す。環の形状は特に限定されず、円、正方形、長方形、三角形、楕円形、及びダイヤモンド形を含み得るが、これらに限定されない。第１のガスケット及び／又は第２のガスケットは、膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されていてもよい。第１のガスケット及び／又は第２のガスケットは、イオン透過膜と隣接する接着層の間に配置されていてもよい。第１のガスケット及び／又は第２のガスケットは、イオン透過膜及び隣接する接着層のうちの１つ又は両方と接触してもよい。
【０１１８】
本開示全体を通じて、第１及び第２のガスケットは、膜電極アセンブリと同じ幅を有するように図示されているが（例えば、図１Ｉ〜１Ｍ及び２Ｅを参照）、これは必要条件ではない。いくつかの実施形態において、第１及び／又は第２のガスケットの幅は、膜電極アセンブリ及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つの幅未満であってもよい。いくつかの実施形態において、第１及び／又は第２のガスケットの幅は、膜電極アセンブリ及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つの幅よりも大きくてもよい。第１及び／又は第２のガスケットの幅が、膜電極アセンブリ及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つの幅よりも大きい場合、ガスケットは、電気化学セル又は液体フロー電池に含まれる場合に、膜電極アセンブリを封止するために用いることができる。
【０１１９】
本開示の膜電極アセンブリはイオン透過膜を含むが、イオン交換膜は特に有用である。当技術分野において公知のイオン透過膜及びイオン交換膜を使用してもよい。例えばイオン交換膜などのイオン透過膜は、セパレータと称されることが多く、イオン性ポリマーから調製されてよく、例えば、限定ではないが、イオン交換樹脂、イオノマー樹脂、及びそれらの組み合わせを含む、不連続輸送保護層のイオン性ポリマーについて前述したものであってよい。いくつかの実施形態において、例えばイオン交換膜などの膜は、フッ素化イオン交換樹脂を含んでもよい。本開示の実施形態において有用な、例えばイオン交換膜などの膜は、イオン交換樹脂及び／又は当技術分野で公知であるイオノマーから作製することができ、又は膜フィルムとして市販されているものもあり、デラウェア州ウィルミントンのＤｕＰｏｎｔ社から入手可能なＮＡＦＩＯＮ  ＰＦＳＡ  ＭＥＭＢＲＡＮＥＳと、ベルギー国ブリュッセルのＳＯＬＶＡＹ社から入手可能なパーフルオロスルホン酸であるＡＱＵＩＶＩＯＮ  ＰＦＳＡと、日本国東京の旭硝子社から入手可能なフルオロポリマーイオン交換膜であるＦＬＥＭＩＯＮ及びＳＥＬＥＭＩＯＮと、独国Ｂｉｅｔｉｇｈｅｉｍ−ＢｉｓｓｉｎｇｅｎのＦｕｍａｔｅｋ社から入手可能な、ＦＫＳ、ＦＫＢ、ＦＫＬ、ＦＫＥ陽イオン交換膜、並びにＦＡＢ、ＦＡＡ、ＦＡＰ、及びＦＡＤ陰イオン交換膜を含むＦＵＭＡＳＥＰイオン交換膜と、ミネソタ州セントポールの３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から粉末又は水溶液として、「３Ｍ８２５ＥＷ」の登録商標で入手可能な、８２５当量を有するパーフルオロスルホン酸イオノマーのイオン交換膜と、３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から粉末又は水溶液として、「３Ｍ７２５ＥＷ」の登録商標で入手可能な、７２５当量を有するパーフルオロスルホン酸イオノマーと、その全体が本明細書に参照として組み込まれている、米国特許第７，３４８，０８８号に記載されている材料とが挙げられるが、それらに限定されない。いくつかの実施形態において、イオン交換膜はフルオロポリマーを含む。いくつかの実施形態において、イオン交換膜のフルオロポリマーは、約１０重量％〜約９０重量％、約２０重量％〜約９０重量％、約３０重量％〜約９０重量％、又は更には約４０重量％〜約９０重量％のフッ素を含有してもよい。
【０１２０】
本開示の、例えばイオン透過膜などの膜は、民間供給業者から自立フィルムとして得てもよく、又は、適切な溶媒の中で、例えばイオン交換膜樹脂など、適切な膜の樹脂の溶液をコーティングし、次いで加熱して溶媒を除去することによって作製されてもよい。膜は、剥離ライナー上に溶液をコーティングし、次いで膜コーティング溶液のコーティングを乾燥させて、溶媒を除去することによって、コーティング溶液から形成することができる。
【０１２１】
任意の好適なコーティング方法を使用して、膜コーティング溶液を剥離ライナー上にコーティングしてもよい。典型的な方法には手動方法及び機械方法の両方が含まれ、これにはハンドブラッシング、ノッチバーコーティング、流体ベアリングダイコーティング、巻線ロッドコーティング、流体ベアリングコーティング、スロット供給ナイフコーティング、及び３ロールコーティングが含まれる。最も典型的には３ロールコーティングが使用される。コーティングは、１回の通過又は複数回の通過で行うことができる。対応するイオン透過膜の亀裂を増加させることなしに、コーティング重量を増加させるためには、複数回の通過によるコーティングが有用であり得る。
【０１２２】
膜コーティング溶液中の溶媒の量は、重量基準で、約５〜約９５パーセント、約１０〜約９５パーセント、約２０〜約９５パーセント、約３０〜約９５パーセント、約４０〜約９５パーセント、約５０〜約９５パーセント、約６０〜約９５パーセント、約５〜約９０パーセント、約１０〜約９０パーセント、約２０パーセント〜約９０パーセント、約３０〜約９０パーセント、約４０〜約９０パーセント、約５０〜約９０パーセント、約６０〜約９０パーセント、約５〜約８０パーセント、約１０〜約８０パーセント、約２０パーセント〜約８０パーセント、約３０〜約８０パーセント、約４０〜約８０パーセント、約５０〜約８０パーセント、約６０〜約８０パーセント、約５パーセント〜約７０パーセント、約１０パーセント〜約７０パーセント、約２０パーセント〜約７０パーセント、約３０〜約７０パーセント、約４０〜約７０パーセント、又は更には約５０〜約７０パーセントであってもよい。
【０１２３】
膜コーティング溶液中の、例えばイオン交換樹脂及びイオノマー樹脂などの膜樹脂の量は、重量基準で、約５〜約９５パーセント、約５〜約９０パーセント、約５〜約８０パーセント、約５〜約７０パーセント、約５〜約６０パーセント、約５〜約５０パーセント、約５〜約４０パーセント、約１０〜約９５パーセント、約１０〜約９０パーセント、約１０〜約８０パーセント、約１０〜約７０パーセント、約１０〜約６０パーセント、約１０〜約５０パーセント、約１０〜約４０パーセント、約２０〜約９５パーセント、約２０〜約９０パーセント、約２０〜約８０パーセント、約２０〜約７０パーセント、約２０〜約６０パーセント、約２０〜約５０パーセント、約２０〜約４０パーセント、約３０〜約９５パーセント、約３０〜約９０パーセント、約３０〜約８０パーセント、約３０〜約７０パーセント、約３０〜約６０パーセント、又は更には約３０〜約５０パーセントであってもよい。
【０１２４】
イオン透過膜の厚さは、約５ミクロン〜約２５０ミクロン、約５ミクロン〜約２００ミクロン、約５ミクロン〜約１５０ミクロン、約５ミクロン〜約１００ミクロン、約１０ミクロン〜約２５０ミクロン、約１０ミクロン〜約２００ミクロン、約１０ミクロン〜約１５０ミクロン、約５ミクロン〜約１０ミクロン、約１５ミクロン〜約２５０ミクロン、約１５ミクロン〜約２００ミクロン、約１５ミクロン〜約１５０ミクロン、又は更には約１５ミクロン〜約１００ミクロンであってよい。
【０１２５】
本開示全体を通じて、イオン透過膜は、膜電極アセンブリの幅と同じ幅を有するように図示されているが（例えば、図１Ａ〜２Ｅを参照）、これは必要条件ではない。いくつかの実施形態において、イオン透過膜の幅は、膜電極アセンブリ及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つの幅未満であってもよい。いくつかの実施形態において、イオン透過膜の幅は、膜電極アセンブリ及び不連続輸送保護層のうちの少なくとも１つの幅よりも大きくてもよい。
【０１２６】
本開示の膜電極アセンブリは、少なくとも１つの多孔質電極を含む。本開示の多孔質電極は導電性であり、多孔性は、電極の単位体積当たりの反応のための活性表面積を増加させ、陽極液及び陰極液を多孔質領域内に浸透させ、この付加表面積にアクセスさせることによって、その中に生じる酸化／還元反応を促進する。本開示の多孔質電極（例えば、第１の多孔質電極及び第２の多孔質電極）は、炭素繊維ベースの紙、フェルト、及び生地のうちの少なくとも１つを含んでもよい。多孔質電極は、織布及び不織布繊維マット、織布及び不織布繊維紙、フェルト、及び布（布地）のうちの少なくとも１つを含んでよい。いくつかの実施形態において、多孔質電極は炭素繊維を含む。多孔質電極の炭素繊維としては、焼成カーボン、無定形炭素、グラフェン、カーボンナノチューブ、黒鉛などが挙げることができるが、これらに限定されない。特に有用な多孔質電極材料として、炭素紙、炭素フェルト及び炭素布（布地）が挙げられる。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、炭素紙、炭素フェルト及び炭素布のうちの少なくとも１つを含む。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、炭素繊維を約３０重量％〜約１００％、約４０重量％〜約１００％、約５０重量％〜約１００重量％、約６０重量％〜約１００重量％、約７０重量％〜約１００重量％、約８０重量％〜約１００重量％、約９０重量％〜約１００重量％、又は更には約９５重量％〜約１００重量％含む。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、導電性炭素微粒子の約５０重量％〜約１００重量％、約６０重量％〜約１００重量％、約７０重量％〜約１００重量％、約８０重量％〜約１００重量％、約９０重量％〜約１００重量％、約９５重量％〜約１００重量％、又は更には約９７重量％〜約１００重量％含む。いくつかの実施形態において、導電性炭素微粒子は、炭素粒子、片状炭素、炭素繊維、カーボンデンドライト、カーボンナノチューブ、及び分枝カーボンナノチューブのうちの少なくとも１つを含むことができ、これらの組み合わせが使用されてもよい。いくつかの実施形態では、導電性炭素微粒子は、黒鉛粒子、黒鉛フレーク、黒鉛繊維、及び黒鉛デンドライトのうち少なくとも１つを含んでもよく、これらの組み合わせが使用されてもよい。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、重量で、黒鉛粒子、片状黒鉛、黒鉛繊維、及び黒鉛デンドライトのうちの少なくとも１つを、約５重量％〜約１００重量％、約１０重量％〜約１００重量％、約２０重量％〜約１００重量％、約３５重量％〜約１００重量％、又は更には約５０重量％〜約１００重量％含む。
【０１２７】
本開示の、電極アセンブリ及び膜電極アセンブリに有用な他の多孔質電極として、２０１５年６月２３日に出願された「Ｐｏｒｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ  Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ」と題する、係争中の米国仮特許出願第６２／１８３４２９号と、２０１５年６月２３日に出願された「Ｐｏｒｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ  Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ」と題する、同第６２／１８３４４１号と、２０１５年１２月１８日に出願された「Ｐｏｒｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，Ｍｅｍｂｒａｎｅ−Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ，Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ，ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ  Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ」と題する、同第６２／２６９２２７号と、２０１５年１２月１８日に出願された「Ｐｏｒｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ  Ｔｈｅｒｅｆｒｏｍ」と題する、同第６２／２６９２３９号とにおける多孔質電極が挙げられる。これらは、その全てが本明細書に参照として組み込まれている。
【０１２８】
多孔質電極の厚さは、約１０ミクロン〜約１５０００ミクロン、約１０ミクロン〜約１００００ミクロン、約１０ミクロン〜約５０００ミクロン、約１０ミクロン〜約１０００ミクロン、約１０ミクロン〜約５００ミクロン、約１０ミクロン〜約２５０ミクロン、約１０ミクロン〜約１００ミクロン、約２５ミクロン〜約１５０００ミクロン、約２５ミクロン〜約１００００ミクロン、約２５ミクロン〜約５０００ミクロン、約２５ミクロン〜約１０００ミクロン、約２５ミクロン〜約５００ミクロン、約２５ミクロン〜約２５０ミクロン、又は更には約２５ミクロン〜約１００ミクロンであってよい。多孔質電極の多孔率は、体積基準で、約５パーセント〜約９５パーセント、約５パーセント〜約９０パーセント、約５パーセント〜約８０パーセント、約５パーセント〜約７０パーセント、約１０パーセント〜約９５パーセント、約１０パーセント〜９０パーセント、約１０パーセント〜約８０パーセント、約１０パーセント〜約７０パーセント、約１０パーセント〜約７０パーセント、約２０パーセント〜約９５パーセント、約２０パーセント〜約９０パーセント、約２０パーセント〜約８０パーセント、約２０パーセント〜約７０パーセント、約２０パーセント〜約７０パーセント、約３０パーセント〜約９５パーント、約３０パーセント〜約９０パーセント、約３０パーセント〜約８０パーセント、又は更には約３０パーセント〜約７０パーセントであってもよい。
【０１２９】
多孔質電極は、織布及び不織布繊維マットの単層又は多層、織布及び不織布繊維紙、フェルト、及び布の単層又は多層、並びに特定の効用を有する多層紙及びフェルトの単層又は多層であってよい。多層が使用される場合、接着剤を使用して、電極同士を積層してもよい。多孔質電極が多層を含む場合、使用し得る層数に関して特に制限はない。しかしながら、コスト及び／又は組み立てステップ数を低減するために、本開示の電極アセンブリ及び膜電極アセンブリの層数を最小限にすることが一般に望まれるので、多孔質電極は、約２〜約２０層、約２〜約１０層、約２〜約８層、約２〜約５層、約３〜約２０層、約３〜約１０層、約３〜約８層、又は更には約３〜約５層の、織布及び不織布繊維マット並びに織布及び不織布繊維紙、フェルト、布、及び発泡体を含んでもよい。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、約２〜約２０層、約２〜約１０層、約２〜約８層、約２〜約５層、約３〜約２０層、約３〜約１０層、約３〜約８層、又は更には約３〜約５層の炭素紙、炭素フェルト及び／又は炭素布を含む。
【０１３０】
いくつかの実施形態において、多孔質電極に表面処理を施し、所与の陽極液若しくは陰極液に対する多孔質電極の濡れ性を高めてもよく、又は所与の陽極液若しくは陰極液の化学組成に関連付けられた酸化還元反応に対して、多孔質電極の電気化学活性を与えるか、若しくは増強してもよい。表面処理剤は、化学処理、熱処理及びプラズマ処理のうちの少なくとも１つを含むが、これらに限定されない。多孔質電極の熱処理として、例えば酸素及び空気などの酸化性雰囲気中で高温に加熱することを挙げることができる。熱処置の温度は、摂氏約１００〜約１０００度、摂氏約１００〜約８５０度、摂氏約１００〜約７００度、摂氏２００〜約１０００度、摂氏約２００〜約８５０度、摂氏約２００〜約７００度、摂氏約３００〜約１０００度、摂氏約３００〜約８５０度、又は更には摂氏約３００〜約７００度であってもよい。熱処理の持続時間は、約０．１時間〜約６０時間、約０．２５時間〜約６０時間、約０．５時間から約６０時間、約１時間から約６０時間、約３時間から約６０時間、約０．１時間〜約４８時間、約０．２５時間〜約４８時間、約０．５時間から約４８時間、約１時間から約４８時間、約３時間から約４８時間、約０．１時間〜約２４時間、約０．２５時間〜約２４時間、約０．５時間から約２４時間、約１時間から約２４時間、約３時間から約２４時間、約０．１時間〜約１２時間、約０．２５時間〜約１２時間、約０．５時間から約１２時間、約１時間から約１２時間、又は更には約３時間から約４８時間であってもよい。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、空気、酸素、水素、窒素、アルゴン、及びアンモニアのうちの少なくとも１つの、約３００℃〜約７００℃の温度における雰囲気中で約０．１時間〜４８時間熱処理された、炭素紙、炭素フェルト、炭素布のうちの少なくとも１つを含む。
【０１３１】
いくつかの実施形態において、多孔質電極は親水性であってよい。これは、多孔質電極が水性陽極溶液及び／又は陰極溶液と共に使用される場合に、特に有利となる場合がある。液体フロー電池の電極の孔への液体、例えば水、陰極液及び／又は陽極液の取り込みは、液体フロー電池の最適な動作のための重要な特性と考えてもよい。一部の実施形態では、電極の孔の１００パーセントに液体を充填し、液体と電極表面との間に最大の界面を生成してもよい。他の実施形態では、電極の孔の約３０パーセント〜約１００パーセント、約５０パーセント〜約１００パーセント、約７０パーセント〜約１００パーセント、又は更には約８０パーセント〜１００パーセントに液体が充填されてもよい。一部の実施形態では、多孔質電極は、９０度未満の、水、陰極液及び／又は陽極液との表面接触角を有してもよい。いくつかの実施形態において、多孔質電極は、約９０°〜約０°、約８５°〜約０°、約７０°〜約０°、約５０°〜約０°、約３０°〜約０°、約２０°〜約０°、又は更には約１０°〜約０°の、水、陰極液及び／若しくは陽極液との表面接触角を有してもよい。
【０１３２】
本開示の不連続輸送保護層、多孔質電極、膜、及び対応する膜電極アセンブリは、例えばレドックスフロー電池などの液体フロー電池で使用される電気化学セルを作製するために用いることができる。いくつかの実施形態において、本開示は、少なくとも１つの膜電極アセンブリを含む、電気化学セルを提供する。別の実施形態において、本開示は、本開示の膜電極アセンブリのいずれか１つによる膜電極アセンブリを含む、電気化学セルを提供する。
【０１３３】
図４は、本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電気化学セルの概略側断面図である。電気化学セル３００は、多孔質電極４０及び４０’と、不連続輸送保護層１０及び１０’と、接着層１００１及び１００３と、イオン透過膜２０とを備えている膜電極アセンブリ３０５を含み、これらは全て先に説明したとおりである。電気化学セル３００は、流体入口ポート５１ａ及び５１ａ’のそれぞれ、流体出口ポート５１ｂ及び５１ｂ’のそれぞれ、フローチャネル５５及び５５’のそれぞれ、並びに第１の表面５０ａ及び５２ａのそれぞれを有するエンドプレート５０及び５０’を含む。電気化学セル３００は、集電体６０及び６２も含む。エンドプレート５０及び５１は、それぞれ表面５０ａ及び５２ａを介して、多孔質電極４０と電気的に接続している。図示されていない支持プレートが、集電体６０及び６２の外部表面に隣接して配置されてもよい。支持プレートは集電体から電気的に絶縁され、機械的強度及び支持を与え、セルアセンブリの圧縮を容易にする。膜電極アセンブリ３０５は、例えば膜電極アセンブリ１００ａ〜１００ｎ（図１Ａ〜１Ｐ）及び膜電極アセンブリ２００ａ〜２００ｄ（図２Ａ〜２Ｅ）などの、本開示の膜電極アセンブリのいずれかを含んでもよい。膜電極アセンブリ３０５は、本明細書で説明した単一の多孔質電極を有する膜電極アセンブリのいずれかであってもよい。膜電極アセンブリ３０５は、本明細書で説明した２つの多孔質電極を有する膜電極アセンブリのいずれかであってもよい。
【０１３４】
個々の電気化学セルは、電気化学セル積層体を形成するように配置されてもよい。本開示の電気化学セル積層体は、本明細書で前述したように、複数の膜電極アセンブリを含むことができる。一実施形態において、本開示は、本開示の膜電極アセンブリのうちのいずれか１つによる、少なくとも２つ、少なくとも３つ、少なくとも４つの膜電極アセンブリを含む、電気化学セル積層体を提供する。図５は、本開示の例示的な一実施形態による、例示的な電気化学セル積層体の概略側断面図を示す。電気化学セル積層体３１０は、バイポーラプレート５０’’並びにフローチャネル５５及び５５’を有するエンドプレート５０及び５０’によって分離された、膜電極アセンブリ３０５を含む。バイポーラプレート５０’’は、例えば、陽極液が１つの流路５５のセットを通って流れ、陰極液が流路５５’の第２のセットを通って流れることを可能にする。セル積層体３１０は、複数の電気化学セルを含み、各セルは膜電極アセンブリ並びに対応する隣接したバイポーラプレート及び／又はエンドプレートによって表されている。膜電極アセンブリ３０５は、本開示の膜電極アセンブリのいずれかを含んでもよい。電気化学セル積層体内において、膜電極アセンブリは同じであっても又は異なっていてもよい。支持板（図示せず）は、集電体６０及び６２の外部表面に隣接して置かれてもよい。支持板は集電体から電気的に絶縁され、機械的強度及び支持をもたらし、セルアセンブリの圧縮を促進する。陽極液及び陰極液の入口ポート及び出口ポート、並びに対応する流体分配システムについては図示しない。これらの特徴部は、当該技術分野において知られているように提供され得る。
【０１３５】
本開示の不連続輸送保護層、多孔質電極、及びイオン透過膜、並びにそれらに対応する膜電極アセンブリは、例えばレドックスフロー電池などの液体フロー電池を作製するために使用され得る。いくつかの実施形態において、本開示は、本開示の少なくとも１つの膜電極アセンブリを含む、液体フロー電池を提供する。一実施形態において、本開示は、例えば膜電極アセンブリ１００ａ〜１００ｎ及び膜電極アセンブリ２００ａ〜２００ｄなどの、本開示の膜電極アセンブリのいずれか１つによる膜電極アセンブリを含んでいる、液体フロー電池を提供する。図６は、本開示の例示的な一実施形態による、例示的な単セル液体フロー電池の概略図を示している。液体フロー電池４００は、多孔質電極４０及び４０’と、不連続輸送保護層１０及び１０’と、接着層１００１及び１００３と、イオン透過膜２０とを含み、これらは全て先に説明したとおりである。多孔質電極４０及び４０’、不連続輸送保護層１０及び１０’、並びに膜２０は、前述したような膜電極アセンブリ３０５として液体フロー電池４００に含まれてもよく、本開示の膜電極アセンブリのいずれかを含んでもよい。液体フロー電池４００はまた、フローチャネル（図示せず）を有するエンドプレート５０及び５０’、集電体６０、６２、陽極液リザーバ７０及び陽極液流体分配７０’、並びに陰極液リザーバ７２及び陰極液流体分配システム７２’を含む。流体分配システムのポンプは図示しない。集電体６０及び６２は、電気負荷（図示せず）を含む外部回路に接続してもよい。図示されていない支持プレートが、集電体６０及び６２の外部表面に隣接して配置されてもよい。支持プレートは集電体から電気的に絶縁され、機械的強度及び支持を与え、セルアセンブリの圧縮を容易にする。単セル液体フロー電池が図示されているが、液体フロー電池が、複数の電気化学セル、すなわちセル積層体を含み得ることは、当技術分野において公知である。複数のセル積層体を使用して、液体フロー電池、例えば、連続で接続された複数のセル積層体を形成してもよい。本開示の不連続輸送保護層、多孔質電極、及びイオン交換膜、並びにそれらに対応する膜電極アセンブリは、例えば図５の複数セルの積層体など、複数セルを有する液体フロー電池を作製するために使用することができる。流れ場が存在してもよいが、これは必要条件ではない。
【０１３６】
本開示の膜電極アセンブリは、向上したセル短絡抵抗及びセル抵抗をもたらすことができる。セル短絡抵抗は、例えば、電極の導電性繊維による膜の破壊に起因する短絡に対して電気化学セルが有する抵抗の尺度である。いくつかの実施形態において、本開示の電極アセンブリ及び膜電極アセンブリのうちの少なくとも１つを含む、本開示の実施例の項で説明するような試験セルは、１０００Ω・ｃｍ２より大きい、５０００Ω・ｃｍ２より大きい、又は更には１００００Ω・ｃｍ２より大きいセル短絡抵抗を有し得る。一部の実施形態では、セル短絡抵抗は、約１０００００００オームｃｍ２未満であってもよい。セル抵抗は、膜を貫通する、すなわち図４又は図６に示されているセルを横断する電気化学セルの電気抵抗の尺度である。いくつかの実施形態において、本開示の実施例の項で説明するように、本開示の電極アセンブリ及び膜電極アセンブリのうちの少なくとも１つを含む試験セルは、約０．０１〜約１０Ω・ｃｍ２、０．０１〜約５Ω・ｃｍ２、約０．０１〜約３Ω・ｃｍ２、約０．０１〜約１Ω・ｃｍ２、約０．０４〜約５Ω・ｃｍ２、約０．０４〜約３Ω・ｃｍ２、約０．０４〜約０．５Ω・ｃｍ２、約０．０７〜約５Ω・ｃｍ２、約０．０７〜約３Ω・ｃｍ２、又は更には約０．０７〜約０．１Ω・ｃｍ２のセル抵抗を有し得る。
【０１３７】
本開示のいくつかの実施形態において、液体フロー電池は、レドックスフロー電池、例えば、バナジウムレドックスフロー電池（ＶＲＦＢ）であってもよく、ここでは、Ｖ３＋／Ｖ２＋硫酸塩溶液が負電解液（「陽極液」）として機能し、Ｖ５＋／Ｖ４＋硫酸塩溶液が正電解液（「陰極液」）として機能する。しかしながら、他のレドックス化学作用が想定され、本開示の範囲内であり、例えば、Ｖ２＋／Ｖ３＋対Ｂｒ−／ＣｌＢｒ２、Ｂｒ２／Ｂｒ−対Ｓ／Ｓ２−、Ｂｒ−／Ｂｒ２対Ｚｎ２＋／Ｚｎ、Ｃｅ４＋／Ｃｅ３＋対Ｖ２＋／Ｖ３＋、Ｆｅ３＋／Ｆｅ２＋対Ｂｒ２／Ｂｒ−、Ｍｎ２＋／Ｍｎ３＋対Ｂｒ２／Ｂｒ−、Ｆｅ３＋／Ｆｅ２＋対Ｔｉ２＋／Ｔｉ４＋及びＣｒ３＋／Ｃｒ２＋の酸性／塩基性の化学作用が含まれるが、これらに限定されないことを理解するべきである。液体フロー電池に有用なその他の化学物質は、例えば米国特許出願公開第２０１４／００２８２６０号、第２０１４／００９９５６９号、及び第２０１４／０１９３６８７号において開示されている錯体化学などの、錯体化学、並びに例えば米国特許出願公開第２０１４／０３７０４０３号及び特許協力条約の下で公開された国際出願である国際公開第ＷＯ２０１４／０５２６８２号などの、有機複合体を含み、これらの内容は全て、それらの全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０１３８】
本開示の選択した実施形態は、以下を含むがそれらに限定されない。
【０１３９】
第１の実施形態において、本開示は、
第１の多孔質電極と、
第１の主面及び第１の主面とは反対側を向いた第２の主面を有するイオン透過膜と、
第１の多孔質電極とイオン透過膜の第１の主面との間に配置された第１の不連続輸送保護層と、
第１の多孔質電極並びに第１の不連続輸送保護層及びイオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第１の接着層であって、第１の接着層が膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第１の接着層が存在しない第１の多孔質電極及び第１の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、膜電極アセンブリが一体構造である、第１の接着層と、を備えている、膜電極アセンブリを提供する。
【０１４０】
第２の実施形態において、本開示は、第１の接着層が、第１の不連続輸送保護層及び第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に埋め込まれている、第１の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１４１】
第３の実施形態において、本開示は、第１の接着層が、第１の不連続輸送保護層を第１の多孔質電極に接着する、第１又は第２の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１４２】
第４の実施形態において、本開示は、第１の接着層が、第１の不連続輸送保護層及び第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つをイオン透過膜に接着する、第１〜第３の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１４３】
第５の実施形態において、本開示は、イオン透過膜の第１の主面及び第１の不連続輸送保護層と接触している第２の接着層を更に備え、第２の接着層が、第１の不連続輸送保護層をイオン透過膜に接着し、第２の接着層が膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されている、第１〜第３の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１４４】
第６の実施形態において、本開示は、第２の接着層が、第１の不連続輸送保護層に少なくとも部分的に埋め込まれている、第５の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１４５】
第７の実施形態において、本開示は、イオン透過膜と第１の不連続輸送保護層及び第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つとの間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第１のガスケットを更に備え、第１のガスケットが膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第１のガスケットが環の形状である、第１〜３の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１４６】
第８の実施形態において、本開示は、第１のガスケットの第１の主面及びイオン透過膜の第１の主面と接触している第１のガスケット接着層と、第１のガスケットの第２の主面及び第１の不連続輸送保護層と接触している第２の接着層と、のうちの少なくとも１つを更に備えている、第７の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１４７】
第９の実施形態において、本開示は、第１の接着層が、感圧接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つである、第１〜第８の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１４８】
第１０の実施形態において、本開示は、第１の接着層が環形状であるか、又は膜電極アセンブリの外辺部の両側にある２つの個別の接着ラインである、第１〜第９の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１４９】
第１１の実施形態において、本開示は、第２の接着層が、感圧接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つである、第５、第６、及び第８の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１５０】
第１２の実施形態において、本開示は、第２の接着層が環形状であるか、又は膜電極アセンブリの外辺部の両側にある２つの個別の接着ラインである、第５、第６、第８、及び第１１の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１５１】
第１３の実施形態において、本開示は、第１のガスケット接着層が、感圧接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つを含んでいる、第８の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１５２】
第１４の実施形態において、本開示は、第１のガスケット接着層が環形状である、第８又は第１３の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１５３】
第１５の実施形態において、本開示は、第１のガスケットが、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンナフタレート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフィン、スチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びにフッ素化ポリマーのうちの少なくとも１つを含んでいる、第７〜第１４の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１５４】
第１６の実施形態において、本開示は、第２の多孔質電極、及び第２の多孔質電極とイオン透過膜の第２の主面との間に配置された第２の不連続輸送保護層を更に備えている、第１〜第１５の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１５５】
第１７の実施形態において、本開示は、第２の多孔質電極並びに第２の不連続輸送保護層及びイオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第３の接着層を更に備え、第３の接着層が膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第３の接着層が存在しない第２の多孔質電極及び第２の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、膜電極アセンブリが一体構造である、第１６の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１５６】
第１８の実施形態において、本開示は、第３の接着層が、第２の不連続輸送保護層及び第２の多孔質電極のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に埋め込まれている、第１７の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１５７】
第１９の実施形態において、本開示は、第３の接着層が、第２の不連続輸送保護層を第２の多孔質電極に接着する、第１７又は第１８の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１５８】
第２０の実施形態において、本開示は、第３の接着層が、第２の不連続輸送保護層及び第２の多孔質電極のうちの少なくとも１つをイオン透過膜に接着する、第１７〜第１９の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１５９】
第２１の実施形態において、本開示は、イオン透過膜の第２の主面及び第２の不連続輸送保護層と接触している第４の接着層を更に備え、第４の接着層が、第２の不連続輸送保護層をイオン透過膜に接着し、第４の接着層が膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置されている、第１７〜第１９の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１６０】
第２２の実施形態において、本開示は、第４の接着層が、第２の不連続輸送保護層に少なくとも部分的に埋め込まれている、第２１の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１６１】
第２３の実施形態において、本開示は、イオン透過膜と第２の不連続輸送保護層との間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第２のガスケットを更に備え、第２のガスケットが膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第２のガスケットが環の形状である、第１６〜１８の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１６２】
第２４の実施形態において、本開示は、第２のガスケットの第１の主面及びイオン透過膜の第２の主面と接触している第２のガスケット接着層と、第２のガスケットの第２の主面及び第２の不連続輸送保護層と接触している第４の接着層と、のうちの少なくとも１つを更に備えている、第２３の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１６３】
第２５の実施形態において、本開示は、第３の接着層が、感圧接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つである、第１７〜第２４の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１６４】
第２６の実施形態において、本開示は、第３の接着層が環形状であるか、又は膜電極アセンブリの外辺部の両側にある２つの個別の接着ラインである、第１７〜第２５の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１６５】
第２７の実施形態において、本開示は、第４の接着層が、感圧接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つである、第２１、第２２、及び第２４の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１６６】
第２８の実施形態において、本開示は、第４の接着層が環形状であるか、又は膜電極アセンブリの外辺部の両側にある２つの個別の接着ラインである、第２１、第２２、第２４、及び第２５の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１６７】
第２９の実施形態において、本開示は、第２のガスケット接着層が、感圧接着剤、熱溶融接着剤、及び熱硬化性接着剤のうちの少なくとも１つである、第２４の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１６８】
第３０の実施形態において、本開示は、第２のガスケット接着層が環形状である、第２４又は第２９の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１６９】
第３１の実施形態において、本開示は、第２のガスケットが、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリスルホン、ポリフェニレンオキシド、ポリエチレンナフタレート、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリオレフィン、スチレン並びにスチレン系ランダムコポリマー及びブロックコポリマー、ポリ塩化ビニル、並びにフッ素化ポリマーのうちの少なくとも１つを含んでいる、第２３〜第３０の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１７０】
第３２の実施形態において、本開示は、第１の不連続輸送保護層が、メッシュ構造体、織布構造体、及び不織布構造体のうちの少なくとも１つを備えている、第１〜第２１の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１７１】
第３３の実施形態において、本開示は、第２の不連続輸送保護層が、メッシュ構造体、織布構造体、及び不織布構造体のうちの少なくとも１つを備えている、第１６〜第３２の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１７２】
第３４の実施形態では、本開示は、第１の多孔質電極が、炭素繊維ベースの紙、フェルト、及び生地のうちの少なくとも１つである、第１〜第３３の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１７３】
第３５の実施形態では、本開示は、第２の多孔質電極が、炭素繊維ベースの紙、フェルト、及び生地のうちの少なくとも１つである、第１６〜第３４の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１７４】
第３６の実施形態において、本開示は、第１の多孔質電極が、約３０重量％〜約１００重量％の導電性炭素微粒子を含んでいる、第１〜第３３の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１７５】
第３７の実施形態において、本開示は、第２の多孔質電極が、約３０重量％〜約１００重量％の導電性炭素微粒子を含んでいる、第１６〜第３４の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１７６】
第３８の実施形態において、本開示は、第１の接着層が、膜電極アセンブリの少なくとも内部に配置された複数の第１の接着領域を更に備え、膜電極アセンブリの面内の第１の複数の接着領域の面積が、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である、第１〜第３７の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１７７】
第３９の実施形態において、本開示は、第３の接着層が、膜電極アセンブリの少なくとも内部に配置された複数の第３の接着領域を更に備え、膜電極アセンブリの面内の第３の複数の接着領域の面積が、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満である、第１７〜第３７の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを提供する。
【０１７８】
第４０の実施形態において、本開示は、
第１の多孔質電極と、
第１の主面及び第１の主面とは反対側を向いた第２の主面を有するイオン透過膜と、
第１の多孔質電極とイオン透過膜の間に配置された第１の不連続輸送保護と、
第１の多孔質電極並びに第１の不連続輸送保護層及びイオン透過膜のうちの少なくとも１つと接触している第１の接着層であって、第１の接着層が、膜電極アセンブリの少なくとも内部に配置された複数の第１の接着領域であり、膜電極アセンブリの面内の第１の複数の接着領域の面積が、膜電極アセンブリの投影面積の少なくとも５０パーセント未満であり、第１の接着層が存在しない第１の多孔質電極及び第１の不連続輸送保護層が一体構造ではなく、膜電極アセンブリが一体構造である、第１の接着層と、を備えている、膜電極アセンブリを提供する。
【０１７９】
第４１の実施形態において、本開示は、第１の接着層が、第１の多孔質電極をイオン透過膜に接着する、第４０の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１８０】
第４２の実施形態において、本開示は、イオン透過膜と第１の不連続輸送保護層及び第１の多孔質電極のうちの少なくとも１つとの間に配置された、第１の主面及び第２の主面を有する第１のガスケットを更に備え、第１のガスケットが膜電極アセンブリの外辺部に沿って配置され、第１のガスケットが環の形状である、第４０又は第４１の実施形態による膜電極アセンブリを提供する。
【０１８１】
第４３の実施形態において、本開示は、第１〜第４２の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを備えている、電気化学セルを提供する。
【０１８２】
第４４の実施形態において、本開示は、第１〜第４２の実施形態のいずれか１つによる膜電極アセンブリを少なくとも１つ備えている、液体フロー電池を提供する。
【実施例】
【０１８３】
【表１】
2019527920.tif 000003
【０１８４】
試験手順及び方法
比較実施例Ａの電気化学セル試験手順
使用したハードウェアは、Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社（ニューメキシコ州Ａｌｂｕｑｕｅｒｑｕｅ）で作られた２つの黒鉛バイポーラ板、金メッキを施した２つの銅の集電板、及びアルミニウムのエンドプレートを使用した、改良した燃料セル試験装置であった。黒鉛バイポーラ板は、上部に入口及び下部に出口を有する、５ｃｍ２の単一の蛇行チャネルを有していた。
【０１８５】
試験セルは次のように組み立てられた。まず、５ｃｍ２の面積を中央から取り外した、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）ガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州Ａｒｄｅｎ  ＨｉｌｌｓのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）の１．９ｍｉｌ（０．０４８ｍｍ）及び５．２ｍｉｌ（０．１３２ｍｍ）（７．１ｍｉｌ（０．１８０ｍｍ）の総厚）の片を、１つの黒鉛板の主面の外辺部に沿って積層及び設置した。ガスケットは蛇行チャネルを有する板の側にあった。ガスケット開口部の大きさにカットしたＧＤＬ  ３５ＡＡの片を、ガスケットの開口部、及び黒鉛板の蛇行チャネルに隣接して設置した。次に、２０ミクロンの３Ｍ８２５ＥＷ  ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ  ｍｅｍｂｒａｎｅを、ガスケット／電極アセンブリの上に設置した。次に、空洞を伴うガスケット材料の１．９ｍｉｌ（０．０４８ｍｍ）及び５．２ｍｉｌ（０．１３２ｍｍ）の別の片を、膜の上に設置した。ガスケットの空洞の大きさにカットしたＧＤＬ  ３５ＡＡの第２の片を、膜の上のガスケット空洞内に設置した。第２の黒鉛板を、ＧＤＬ  ３５ＡＡの第２の片に隣接した黒鉛板の蛇行チャネルと共に積層体の上に設置して、試験用セルを完成させた。次に、試験用セルを、集電体を有する２つのアルミニウム製エンドプレートの間に設置し、一連の８個のボルトを１１０ｉｎ・ｌｂｓ（１２．４Ｎ・ｍ）で締めて固定した。
【０１８６】
試験セルの入口ポート及び出口ポートへは、ＫＮＦ  Ｎｅｕｂｅｒｇｅｒ  ＮＦＢ５の膜ポンプ（ニュージャージー州トレントンのＫＮＦ  Ｎｅｕｂｅｒｇｅｒ  Ｉｎｃ，社から入手可能）によって、電解質を流速２３ｍＬ／ｍｉｎでセルの蛇行チャネルに送達できる配管で接続した。電解液の送達は、流体を１つのタンクから上方の入口ポートに入れ、下方の出口ポートから出し、最後に元のタンクに戻るよう、ポンプを使うことによって実現した。黒鉛板ごとに、ポンプシステムが設定された。これらの実施例で使用された電解液は、１．５ＭのＶＯＳＯ４、２．６ＭのＨ２ＳＯ４であった。ＶＯＳＯ４＊ｘＨ２Ｏ粉末は、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ社（米国ミズーリ州セントルイス）から購入し、濃縮Ｈ２ＳＯ４（９５〜９８％）はＳｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ社から購入した。ＶＯＳＯ４＊ｘＨ２Ｏ中の水の量はロット毎に変化したが、それは諒解しており、溶液濃度はこの水の割合に相当するよう調整した。最終的な溶液は、これらの成分に１８ＭΩのイオン交換水を規定のモル比で組み合わせ、使用前に撹拌棒で２〜３時間混合して作られた。２．６Ｍの硫酸中で１．５ＭのＶＯＳＯ４を含有し、Ｖ＋５状態に帯電させた３０ｍＬの陰極溶液を、ポンプを使ってセルの一方の側に通した。セルの他方の側において、２．６Ｍの硫酸中で１．５ＭのＶＯＳＯ４を含有し、Ｖ＋２状態に帯電させた３０ｍＬの陽極溶液をポンプで供給した。このセットアップにおいて、セルの放電中に、陰極液はＶ＋５からＶ＋４に還元され、陽極液はＶ＋２からＶ＋３に酸化された。
【０１８７】
セルの電気化学動作：次に、Ｂｉｏｌｏｇｉｃ  ＭＰＧ−２０５ポテンショ／ガルバノスタットにセルを接続し、一方の集電体はアノードとして機能し、他方の集電体はカソードとして機能した。試験を実施するため、次のステップに従った。
１．電解質がセルに確実に流れるようにする。
２．セル電圧が１．８Ｖに到達するまで、セルを８０ｍＡ／ｃｍ２で充電する。
３．電流が５ｍＡ／ｃｍ２に下がるまで、セル電圧を１．８Ｖに保持する。
４．開回路電圧を１２０秒間観察する。
５．セルを１６０ｍＡ／ｃｍ２で１２０秒間放電し、電圧を記録する。
６．開回路電圧を１２０秒間観察する。
７．セルを１４０ｍＡ／ｃｍ２で１２０秒間放電し、電圧を記録する。
８．開回路電圧を１２０秒間観察する。
９．セルを１２０ｍＡ／ｃｍ２で１２０秒間放電し、電圧を記録する。
１０．開回路電圧を１２０秒間観察する。
１１．セルを１００ｍＡ／ｃｍ２で１２０秒間放電し、電圧を記録する。
１２．開回路電圧を１２０秒間観察する。
１３．セルを８０ｍＡ／ｃｍ２で１２０秒間放電し、電圧を記録する。
【０１８８】
開回路時のセル電圧から負荷下のセル電圧を減算し、動作電流で除算してセル抵抗を計算した。
【０１８９】
実施例１及び２の電気化学セル試験手順
試験用セルが次のように組み立てられること除き、比較実施例Ａの電気化学セル試験手順において説明されたのと同じ電気化学セル試験手順が使用された。実施例１及び２において作成された膜電極アセンブリを、黒鉛バイポーラプレートの上に設置した。次に、試験用セルを、集電体を有する２つのアルミニウム製エンドプレートの間に設置し、一連の８個のボルトを１１０ｌｂｆ・ｉｎ（１２．４Ｎ・ｍ）で締めて固定した。
【０１９０】
サブガスケット化した膜の調製
一方のライナーを取り外した３Ｍ８１７１の光学的に透明な接着剤（ミネソタ州セントポールの３Ｍ社から入手可能）を、ハンドローラを用いてＴＥＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮ  Ｆｉｌｍ（バージニア州チェスターのＤｕｐｏｎｔ  Ｔｅｉｊｉｎ  Ｆｉｌｍｓ社から入手可能）に積層した。Ｍａｔｈｉａｓ  Ｄｉｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ社（ミネソタ州セントポール）のハンドダイを使用して、この積層体から２つの片をダイカットした。ダイは、３インチ（７．６ｃｍ）×３インチ（７．６ｃｍ）平方の外形寸法で切断し、２．７ｃｍ×２．７ｃｍの内側平方を取り外した。第２のライナーを取り外した、８１７１接着剤／ＴＥＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮフィルムの１片を、ハンドローラを用いて、２０ミクロンの３Ｍ８２５ＥＷ  Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ  Ｍｅｍｂｒａｎｅに積層した。３Ｍ８２５ＥＷ  Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ／８１７１／ＴＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮフィルム積層体を、各側３インチ（７．６ｃｍ）の外側平方寸法にトリミングした。ライナーを取り外した、第２の８１７１接着剤／ＴＥＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮフィルム（上記で、３インチ（７．６ｃｍ）×３インチ（７．６ｃｍ）平方の外形寸法、及び２．７ｃｍ×２．７ｃｍの内側平方の開口部にダイカットした）を、ハンドローラを用いて位置合せした３Ｍ８２５ＥＷ  Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ／８１７１／ＴＥＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮフィルム積層体に積層して、ＴＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮフィルム／８１７１／３Ｍ８２５ＥＷ  Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ／８１７１／ＴＥＯＮＥＸ  Ｑ８３  ＰＥＮフィルムで構成された、サブガスケット化した膜を得た。
【０１９１】
実施例１：各側に１つの炭素紙及び各層間に１つの熱溶融接着剤を有する２４ｇｓｍ（gram per square meter、グラム／平方メートル）のポリプロピレン不織布膜電極アセンブリ
ドリルドオリフィスダイを用いて不織布ウェブを形成した。溶融ポリマーがダイに入ることによってメルトブローン繊維が作り出され、流れはダイの空洞内でダイの幅にわたって分散され、ポリマーはフィラメントとしての一連のオリフィスを介してダイを出た。加熱された気流が、エアマニホールド、及びダイ出口（先端）を形成する一連のポリマーオリフィスと隣接しているエアナイフアセンブリを通過した。この加熱された気流の温度と速度の両方を調節することで、ポリマーフィラメントを所望の繊維径まで細くした（引き締めた）。メルトブローン繊維を、この乱れた気流において、回転している表面に向かって運び、そこでメルトブローン繊維を集積してウェブを形成した。
【０１９２】
概ね１０インチ（２５．４ｃｍ）幅の不織布ウェブのロールを次の条件下で集積した：ＭＦ−６５０Ｘポリプロピレンポリマー（オランダ国ロッテルダムのＬｙｏｎｄｅｌｌＢａｓｅｌｌ社で製造され、テキサス州ウッドランドのＮｅｘｅｏ  Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ社を通じて入手可能）を、１０ｌｂ／ｈｒ（４．５ｋｇ／ｈｒ）で、１０インチ（２５．４ｃｍ）幅のドリルドオリフィスダイ（ＤＯＤ）を通して押出し成形した。ポリマー溶融温度は３６６°Ｆ（１８５℃）であった。ダイからコレクターまでの距離は１４インチ（３５．６ｃｍ）であった。ウェブのサンプルを、４２ｇ／ｍ２スパンボンドスクリムであるＵｎｉｐｒｏ１２５（オハイオ州シンシナティのＭｉｄｗｅｓｔ  Ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  ＬＬＣ社から入手可能）上で、４０．５ｆｔ／ｍｉｎ（１２．３ｍ／ｍｉｎ）で集積し、メルトブローンウェブをスクリムから分離して、Ｄａｖｉｅｓ，Ｃ．Ｎ，「Ｔｈｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｉｒｂｏｒｎｅ  Ｄｕｓｔ  ａｎｄ  Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ」Ｉｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，Ｌｏｎｄｏｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  １Ｂ，１９５２に記載された方法に従って、有効繊維径（ＥＦＤ）を評価した。空気の温度及び速度を調整して、有効繊維径２１ミクロンを得た。ウェブの基本重量は、２４グラム／平方メートル（ｇｓｍ）であった。
【０１９３】
Ｍａｔｈｉａｓ  Ｄｉｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ社（ミネソタ州セントポール）のハンドダイを使用して、次の材料を以下のレイアップで切断した。ダイは、位置合せピンとして２つの小さい穴を含み、それらは作用面積外にあり、一方は他方の反対側にあった。位置合せ穴を使用して、ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケットと、Ｉｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥと、サブガスケット化した膜とを位置合せした。電極及び輸送保護材料を、ガスケット及びＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥの中央の切り出し窓に位置合せした。以下のレイアップを用意した。
・位置合せピンを伴う、６インチ（１５．２ｃｍ）×６インチ（１５．２ｃｍ）×１／８インチ（０．３２ｃｍ）鋼板。
・位置合せピンを伴う、４（１０．２ｃｍ）×４インチ（１０．２ｃｍ）のポリイミドシート２ｍｉｌ（０．０５１ｍｍ）であるＤｕＰｏｎｔ  Ｋａｐｔｏｎ  ＨＮ（オハイオ州サークルビルのＤｕＰｏｎｔ  Ｈｉｇｈ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｆｉｌｍｓ社で入手可能）。
・１片の８．２ｍｉｌ（０．２１ｍｍ）ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）（外形寸法３インチ平方、内側寸法２．７ｃｍ×２．７ｃｍ）。
・１片のＧＤＬ  ３５ＡＡ  ２．７ｃｍ×２．７ｃｍ
・１片のＩｎｆｉａｎａ１００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）。
・１片の２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）
・１つのガスケット化した膜。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５×２．２５ｃｍ）。
・１片の２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）
・１片のＧＤＬ  ３５ＡＡ  ２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片の８．２ｍｉｌ（０．２１ｍｍ）ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側寸法２．７ｃｍ×２．７ｃｍ）。
・位置合せ穴を伴う、４インチ（１０．２ｃｍ）×４インチ（１０．２ｃｍ）×２．０ｍｉｌ（０．０５１ｍｍ）のポリイミドシート
・位置合せピンを伴う、６インチ（１５．２ｃｍ）×６インチ（１５．２ｃｍ）×１／８インチ（０．３２ｃｍ）鋼板
【０１９４】
このレイアップを、２４０°ＦでカーバープレスＭｏｄｅｌ  ２５１８（インディアナ州ＷａｂａｓｈのＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ．社から入手可能）に設置した。このレイアップを、２５００ｌｂ（１１３０ｋｇ）下で設置し、７分間の放置時間の間に６００ｌｂ（２７２ｋｇ）に減少させた。７分後にサンプルを取り除き、２枚の１２インチ（３０．５ｃｍ）×１８インチ（４５．７ｃｍ）×１インチ（２．５４ｃｍ）の金属シート間に設置して、室温で２分間冷却した。冷却後、スチールプレート、ポリイミド、及びＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料を、レイアップの各辺から取り外し、一体構造を形成する完成した膜電極アセンブリを得た。サンプルをセル内に設置し、実施例１及び２のセル試験手順で説明したように試験した。セル抵抗結果を表１に示す。
【０１９５】
実施例２：各側に１つの炭素紙及び層の各対の間に１つの熱溶融接着剤を有するガラスマット膜電極アセンブリ
実施例１において説明したのと同じレイアップが、次の変更を行って使用された：実施例１において説明した２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布サンプルが、２．７ｃｍ×２．７ｃｍのＳｕｂ  １１  Ｇｌａｓｓ  Ｍａｔに置き換えられた。
【０１９６】
このレイアップを、２４０°Ｆ（１１６℃）でカーバープレスＭｏｄｅｌ  ２５１８（インディアナ州ＷａｂａｓｈのＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ．社から入手可能）に設置した。このレイアップを、１５００ｌｂ（６８０ｋｇ）下で設置し、５分間の放置時間の間に５００ｌｂ（２２７ｋｇ）に減少させた。５分後にサンプルを取り除き、２枚の１２インチ（３０．５ｃｍ）×１８インチ（４５．７ｃｍ）×１インチ（２．５ｃｍ）の金属シート間に設置して、室温で２分間冷却した。冷却後、スチールプレート、ポリイミド、及びＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料を、レイアップの各辺から取り外し、一体構造を形成する完成した膜電極アセンブリを得た。サンプルをセル内に設置し、実施例１及び２のセル試験手順で説明したように試験した。セル抵抗結果を表１に示す。
【０１９７】
実施例３：各側に２つの炭素紙及び層の各対の間に１つの熱溶融接着剤を有する２４ｇｓｍ（グラム／平方メートル）のポリプロピレン不織布膜電極アセンブリ
実施例１において説明したのと同じ２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布が使用された。次のレイアップを有する一体構造を形成するために、実施例１において説明したのと同じ手順が使用された。
・位置合せピンを伴う、６インチ（１５．２ｃｍ）×６インチ（１５．２ｃｍ）×１／８インチ（０．３２ｃｍ）鋼板。
・位置合せ穴を伴う、４インチ（１０．２ｃｍ）×４インチ（１０．２ｃｍ）×２．０ｍｉｌ（０．０５１ｍｍ）のポリイミドシート。
・１片の８．２ｍｉｌ（０．２１ｍｍ）ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側寸法２．７ｃｍ×２．７ｃｍ）。
・１片のＧＤＬ  ３５ＡＡ  ２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５×２．２５ｃｍ平方）。
・１片のＧＤＬ  ３５ＡＡ  ２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）。
・１片の２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布２．７ｃｍ×２．７ｃｍ
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）。
・１つのガスケット化した膜。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）。
・１片の２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）
・１片のＧＤＬ  ３５ＡＡ  ２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）。
・１片のＧＤＬ  ３５ＡＡ  ２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片の８．２ｍｉｌ（０．２１ｍｍ）ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側寸法２．７ｃｍ×２．７ｃｍ）。
・位置合せ穴を伴う、４インチ（１０．２ｃｍ）×４インチ（１０．２ｃｍ）×２．０ｍｉｌ（０．０５１ｍｍ）のポリイミドシート。
・位置合せピンを伴う、６インチ（１５．２ｃｍ）×６インチ（１５．２ｃｍ）×１／８インチ（０．３２ｃｍ）鋼板。
【０１９８】
このレイアップを、２４０°Ｆ（１１６℃）でカーバープレスＭｏｄｅｌ  ２５１８（インディアナ州ＷａｂａｓｈのＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ．社から入手可能）に設置した。このレイアップを、１５００ｌｂ（６８０ｋｇ）下で設置し、６分間の放置時間の間に５００ｌｂ（２２７ｋｇ）に減少させた。６分後にサンプルを取り除き、２枚の１２インチ（３０．５ｃｍ）×１８インチ（４５．７ｃｍ）×１インチ（２．５ｃｍ）の金属シート間に設置して、室温で２分間冷却した。冷却後、スチールプレート、ポリイミド、及びＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料を、レイアップの各辺から取り外し、一体構造を形成する完成した膜電極アセンブリを得た。
【０１９９】
実施例４：各側に１つの炭素紙及び各側に熱溶融接着剤の１つの層を有する２４ｇｓｍ（グラム／平方メートル）のポリプロピレン不織布膜電極アセンブリ
実施例１において説明したのと同じ２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布が使用された。次のレイアップを有する一体構造を形成するために、実施例１において説明したのと同じ手順が使用された。
・位置合せピンを伴う、６インチ（１５．２ｃｍ）×６インチ（１５．２ｃｍ）×１／８インチ（０．３２ｃｍ）鋼板。
・位置合せ穴を伴う、４インチ（１０．２ｃｍ）×４インチ（１０．２ｃｍ）×２ｍｉｌ（０．０５１ｍｍ）のポリイミドシート
・１片の８．２ｍｉｌ（０．２１ｍｍ）ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）（外形寸法３インチ（７．６ｍｍ）平方、内側寸法２．７ｃｍ×２．７ｃｍ）。
・１片のＧＤＬ  ３５ＡＡ  ２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片の２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・２片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）。
・１つのガスケット化した膜。
・２片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）。
・１片の２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片のＧＤＬ  ３５ＡＡ  ２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片の８．２ｍｉｌ（０．２１ｍｍ）ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側寸法２．７ｃｍ×２．７ｃｍ）。
・位置合せ穴を伴う、４インチ（１０．２ｃｍ）×４インチ（１０．２ｃｍ）×２．０ｍｉｌ（０．０５１ｍｍ）のポリイミドシート。
・位置合せピンを伴う、６インチ（１５．２ｃｍ）×６インチ（１５．２ｃｍ）×１／８インチ（０．３２ｃｍ）鋼板。
【０２００】
このレイアップを、２４０°Ｆ（１１６℃）でカーバープレスＭｏｄｅｌ  ２５１８（インディアナ州ＷａｂａｓｈのＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ．社から入手可能）に設置した。このレイアップを、１５００ｌｂ（６８０ｋｇ）下で設置し、５分間の放置時間の間に５００ｌｂ（２２７ｋｇ）に減少させた。５分後にサンプルを取り除き、２枚の１２インチ（３０．５ｃｍ）×１８インチ（４５．７ｃｍ）×１インチ（２．５ｃｍ）の金属シート間に設置して、室温で２分間冷却した。冷却後、スチールプレート、ポリイミド、及びＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料を、レイアップの各辺から取り外し、一体構造を形成する完成した膜電極アセンブリを得た。
【０２０１】
実施例５：各側に１つの炭素紙並びに外辺部の周囲及びセルの作用面積内の層の各対の間に熱溶融接着剤の１つの層を有する２４ｇｓｍ（グラム／平方メートル）のポリプロピレン不織布膜電極アセンブリ
実施例１において説明したのと同じ２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布が使用された。次のレイアップを有する一体構造を形成するために、実施例１において説明したのと同じ手順が使用された。
・位置合せピンを伴う、６インチ（１５．２ｃｍ）×６インチ（１５．２ｃｍ）×１／８インチ（０．３２ｃｍ）鋼板。
・位置合せ穴を伴う、４インチ（１０．２ｃｍ）×４インチ（１０．２ｃｍ）×２ｍｉｌ（０．０５１ｍｍ）のポリイミドシート。
・１片の８．２ｍｉｌ（０．２１ｍｍ）ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側寸法２．７ｃｍ×２．７ｃｍ）。
・１片のＧＤＬ  ３５ＡＡ  ２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・ＧＤＬ  ３５ＡＡ  の中心に設置された１片の０．５ｃｍ×０．５ｃｍ  Ｉｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ平方）。
・１片の２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・ポリプロピレン不織布の中心に設置された１片の０．５ｃｍ×０．５ｃｍ  Ｉｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ平方）。
・１つのガスケット化した膜。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ平方）。
・膜積層体の中心に設置された１片の０．５ｃｍ×０．５ｃｍ  Ｉｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ。
・１片の２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布２．７ｃｍ×２．７ｃｍ
・ポリプロピレン不織布の中心に設置された１片の０．５ｃｍ×０．５ｃｍ  Ｉｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ。
・サブガスケットの大きさにダイカットされた１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ平方）。
・１片のＧＤＬ  ３５ＡＡ  ２．７ｃｍ×２．７ｃｍ
・１片の８．２ｍｉｌＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側寸法２．７ｃｍ×２．７ｃｍ）。
・位置合せ穴を伴う、４インチ（１０．２ｃｍ）×４インチ（１０．２ｃｍ）×２．０ｍｉｌ（０．０５１ｍｍ）のポリイミドシート。
・位置合せピンを伴う、６インチ（１５．２ｃｍ）×６インチ（１５．２ｃｍ）×１／８インチ（０．３２ｃｍ）鋼板。
【０２０２】
このレイアップを、２４０°Ｆ（１１６℃）でカーバープレスＭｏｄｅｌ  ２５１８（インディアナ州ＷａｂａｓｈのＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ．社から入手可能）に設置した。このレイアップを、１５００ｌｂ（６９０ｋｇ）下で設置し、５分間の放置時間の間に５００ｌｂ（２２７ｋｇ）に減少させた。５分後にサンプルを取り除き、２枚の１２インチ（３０．５ｃｍ）×１８インチ（４５．７ｃｍ）×１インチ（２．５ｃｍ）の金属シート間に設置して、室温で２分間冷却した。冷却後、スチールプレート、ポリイミド、及びＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料を、レイアップの各辺から取り外し、一体構造を形成する完成した膜電極アセンブリを得た。
【０２０３】
実施例６：サブガスケット化した膜の開口部内でカットされた２４ｇｓｍ（グラム／平方メートル）のポリプロピレン不織布膜電極アセンブリ、各側に１つの炭素紙及び外辺部の周囲のガスケットと電極の間に熱溶融接着剤の１つの層
ここでは、実施例１において説明したのと同じレイアップが、次の変更を行って使用された：実施例１において説明した２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布サンプルが、Ｉｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ）の２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍの開口部に収まるように２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍカットされた２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布に置き換えられた。
【０２０４】
このレイアップを、２４０°Ｆ（１１６℃）でカーバープレスＭｏｄｅｌ  ２５１８（インディアナ州ＷａｂａｓｈのＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ．社から入手可能）に設置した。このレイアップを、１５００ｌｂ（６８０ｋｇ）下で設置し、５分間の放置時間の間に６００ｌｂ（２７２ｋｇ）に減少させた。５分後にサンプルを取り除き、２枚の１２インチ（３０．５ｃｍ）×１８インチ（４５．７ｃｍ）×１インチ（２．５ｃｍ）の金属シート間に設置して、室温で２分間冷却した。冷却後、スチールプレート、ポリイミド、及びＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料を、レイアップの各辺から取り外し、一体構造を形成する完成した膜電極アセンブリを得た。
【０２０５】
Ａｎｎｅａｌｅｄ  ９２７５Ｔ２７  Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｗｏｖｅｎサンプルの調製：
９２７５Ｔ２７  Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｗｏｖｅｎのロールからカットされたサンプルを、換気されたオーブン内のアルミニウム鍋に１００℃で設置した。１５分後にサンプルを取り外し、室温に冷却した。
【０２０６】
実施例７：９２７５Ｔ２７  Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｗｏｖｅｎ膜電極アセンブリ、各側に１つの炭素紙及び各層の間に熱溶融接着剤の１つの層
ここでは、実施例１において説明したのと同じレイアップが、次の変更を行って使用された：実施例１において説明した２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布サンプルが、上のＡｎｎｅａｌｅｄ  ９２７５Ｔ２７  Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｗｏｖｅｎサンプルの調製において説明した２．７ｃｍ×２．７ｃｍのＡｎｎｅａｌｅｄ  ９２７５Ｔ２７  Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  Ｗｏｖｅｎに置き換えられた。
【０２０７】
このレイアップを、２４０°Ｆ（１１６℃）でカーバープレスＭｏｄｅｌ２５１８（インディアナ州ＷａｂａｓｈのＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ，社から入手可能）に設置した。このレイアップを、１５００ｌｂ（６８０ｋｇ）下で設置し、５分間の放置時間の間に５００ｌｂ（２２７ｋｇ）に減少させた。５分後にサンプルを取り除き、２枚の１２インチ（３０．５ｃｍ）×１８インチ（４５．７ｃｍ）×１インチ（２．５ｃｍ）の金属シート間に設置して、室温で２分間冷却した。冷却後、スチールプレート、ポリイミド、及びＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料を、レイアップの各辺から取り外し、一体構造を形成する完成した膜電極アセンブリを得た。
【０２０８】
実施例８：２４ｇｓｍ（グラム／平方メートル）ポリプロピレン不織布膜電極アセンブリ、各側に１つの炭素紙及び各層の間に熱溶融接着剤の１つの層、膜上にサブガスケットなし
実施例１において説明したのと同じ２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布が使用された。次のレイアップを有する一体構造を形成するために、実施例１において説明したのと同じ手順が使用された。
・位置合せピンを伴う、６インチ（１５．２ｃｍ）×６インチ（１５．２ｃｍ）×１／８インチ（２．５ｃｍ）鋼板。
・位置合せ穴を伴う、４インチ（１０．２ｃｍ）×４インチ（１０．２ｃｍ）×２．０ｍｉｌ（０．０５１ｍｍ）のポリイミドシート。
・１片の８．２ｍｉｌ（０．２１ｍｍ）ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側寸法２．７ｃｍ×２．７ｃｍ）。
・１片のＧＤＬ  ３５ＡＡ  ２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ平方）。
・１片の２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布２．７ｃｍ×２．７ｃｍ
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ平方）。
・１片の２０ミクロン３Ｍ８２５ＥＷ  Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ  ＰＦＳＡ膜。
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ平方）
・１片の２４ｇｓｍのポリプロピレン不織布２．７ｃｍ×２．７ｃｍ
・１片のＩｎｆｉａｎａ  １００ミクロンＬＤＰＥ（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側開口部２．２５ｃｍ×２．２５ｃｍ平方）
・１片のＧＤＬ  ３５ＡＡ  ２．７ｃｍ×２．７ｃｍ。
・１片の８．２ｍｉｌ（０．２１ｍｍ）ＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料（ミネソタ州アーデンヒルのＮｏｔｔ  Ｃｏｍｐａｎｙ社から入手可能）（外形寸法３インチ（７．６ｃｍ）平方、内側寸法２．７ｃｍ×２．７ｃｍ）。
・位置合せ穴を伴う、４インチ（１０．２ｃｍ）×４インチ（１０．２ｃｍ）×２．０ｍｉｌ（０．０５１ｍｍ）のポリイミドシート。
・位置合せピンを伴う、６インチ（１５．２ｃｍ）×６インチ（１５．２ｃｍ）×１／８インチ（０．３２ｃｍ）鋼板。
【０２０９】
このレイアップを、２４０°Ｆ（１１６℃）でカーバープレスＭｏｄｅｌ２５１８（インディアナ州ＷａｂａｓｈのＦｒｅｄ  Ｓ．Ｃａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ，社から入手可能）に設置した。このレイアップを、１５００ｌｂ（６８０ｋｇ）下で設置し、５分間の放置時間の間に５００ｌｂ（２２７ｋｇ）に減少させた。５分後にサンプルを取り除き、２枚の１２インチ（３０．５ｃｍ）×１８インチ（４５．７ｃｍ）×１インチ（２．５ｃｍ）の金属シート間に設置して、室温で２分間冷却した。冷却後、スチールプレート、ポリイミド、及びＰＴＦＥガラス繊維複合ガスケット材料を、レイアップの各辺から取り外し、一体構造を形成する完成した膜電極アセンブリを得た。
【０２１０】
比較例Ａ（ＣＥ−Ａ）
ＣＥ−Ａは、不連続輸送保護層を有さないＧＤＬ  ３５ＡＡの単一層であった。
【０２１１】
セル抵抗結果
上で説明した電気化学セルの手順に従って、液体フロー電気化学セルを作製するために、ＣＥ−Ａ及び実施例１〜２の電極アセンブリが使用された。セル抵抗を、それらの同じ手順において略述したように測定して、以下の表１に示す。
【０２１２】
【表２】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図１Ｆ】
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【図１Ｇ】
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【図１Ｈ】
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【図１Ｉ】
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【図１Ｊ】
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【図１Ｋ】
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【図１Ｌ】
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【図１Ｍ】
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【図１Ｎ】
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【図１Ｐ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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